Contrôle des transitions de phases ultrarapides dans les matériaux quantiques par la voie athemique des ondes de déformation – FASTRAIN

Piloter l’état d’un matériau hors d'équilibre par impulsion lumineuse ouvre des possibilités fascinantes pour atteindre de façon ultrarapide une autre phase macroscopique qui peut être différente de celles suivant un processus thermique. Le projet FASTRAIN vise ainsi à comprendre les mécanismes physiques des transitions de phase ultrarapides dans les matériaux quantiques causées par un mécanisme non thermique universel, où des ondes de déformation dynamiques sont photoinduites directement dans le matériau et déclenchent une transformation de phase. Ce mécanisme peu exploré est cependant potentiellement présent dans toutes les transitions photoinduites impliquant une déformation volumique et/ou de nature ferroélastique. La photoexcitation par un laser ultrarapide génère en effet une contrainte élastique, qui sera relâchée en lançant une onde de déformation de volume et/ou de changement de symétrie. Dans ce projet, nous nous concentrerons sur les isolants de Mott, une large classe de matériaux quantiques corrélés largement étudiés depuis un demi-siècle. Nous prévoyons de démontrer et de rationaliser le rôle crucial des mécanismes d'onde de déformation sur les transitions photo-induites entre l'isolant de Mott et le métal, qui sont couplées de manière inhérente au changement de volume. Nos résultats préliminaires résolus en temps sondant les propriétés électroniques (réflectivité) et structurales (diffraction des rayons X) ont établi qu'une impulsion laser entraîne l'isolant de Mott V2O3 vers une transition isolant-métal complète contrôlée par une onde de déformation. Dans ce projet, nous clarifierons l'impact respectif de la brisure de symétrie et du changement de volume sur la dynamique multi-échelle le long de la voie de transition photoinduite. De plus, nous explorerons le lien entre les précurseurs locaux et la transformation de phase macroscopique. Enfin, nous préciserons les conditions favorisant la conversion isolant-métal, qui peut être complète dans les couches minces granulaires et limitée dans les cristaux massifs. Le projet FASTRAIN rassemble un large éventail d'expertise allant des matériaux quantiques corrélés (IMN, GREMAN) à la physique des transitions de phase photoinduites (IPR, ESRF). Les idées développées dans FASTRAIN impacteront d'autres domaines, notamment la classe de matériaux quantiques présentant une transition de phase impliquant des déformations élastiques. Elle permettra également d’éclairer notre compréhension et d’évaluer les performances ultimes de futurs dispositifs innovants, tels les réseaux de neurones matériels pour l'intelligence artificielle à base d'isolants de Mott.