Nouvelles frontières pour les phénomènes émergents dans les matériaux quantiques: découverte, design, et diagnostique – QUANTEM

Aujourd'hui, l'incorporation révolutionnaire de la topologie dans la théorie de la physique des électrons faiblement corrélés est mûre. La nouvelle frontière est celle de l'étude de l'intrication quantique dans les systèmes à N corps en interaction. Les états qui incorporent une intrication à longue portée permettent l'apparition de quasiparticules et d'effets non locaux, dont la compréhension représente un défi à la fois pour les théoriciens et les expérimentateurs, mais qui ont le potentiel de définir les applications de demain. En réponse à ce besoin de compréhension, l'ERC que je propose a pour but de combler le fossé entre les théories purement mathématiques et les expériences pour trouver ou faire de design de, diagnostiquer et déceler les états corrélés exotiques de matériaux quantiques.

Je propose de me concentrer sur trois objectifs que je considère particulièrement importants pour combler ce fossé : (i) développer la théorie de la conductivité thermique dans les matériaux magnétiques complexes, qui est un outil clef car elle donne accès aux propriétés à vecteurs d'ondes les plus grands et à fréquences les plus faibles, et permet de distinguer les modes locaux des modes étendus, (ii) identifier et modéliser les liquides spin-orbitaux (c'est-à-dire les liquides à degrés de liberté à la fois de spins et orbitalaires), qui utilisent le degré de liberté orbital, présent dans moultes oxides de métaux de transition, (ii) utiliser le phénomène de brisure spontanée de symétrie dans des systèmes corrélés pour induire de nouveaux états conducteurs et supraconducteurs à topologie et intrication contrôlables -- des sujets à la frontière des métaux et semimétaux.

La réussite de ces objectifs permettra une interprétation éclairée d'un nombre croissant d'expériences modernes sur les états fortement intriqués, et permettra d'élargir massivement l'ensemble des matériaux où ils peuvent être trouvés. Le projet proposé permettra d'ajouter des concepts de théorie fondamentale, de développer de nouvelles méthodes et outils, et de créer des liens avec des expériences spécifiques, créant par là-même un tremplin pour les applications futures. Cela permettra donnera aussi une formation théorique de pointe à des étudiants et des chercheurs postdoctoraux, et les formera à son application aux matériaux quantiques.