Thèse Etude Experimentale du Scénario d'Appariement à Deux Bosons dans les Cuprates H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Connaissances approfondies dans les propriétés électroniques des matériaux et physique du solide.

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : PHYS - Physique
Laboratoire de recherche : Institut Néel
Direction de la thèse : Matteo D'ASTUTO ORCID 0000000275834427
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59

Depuis leur découverte en 1986, les cuprates sont toujours les composés montrant la plus haute température critique à pression ambiante. Malgré un effort de recherche international prolongé et très intense, la communauté scientifique n'a pas pu s'accorder sur l'origine de l'appariement de Cooper permettant l'état supraconducteur dans ces composés, et cela reste une des grands question ouvertes en physique.
Un possible problème est que le débat c'est focalisé presque exclusivement sur des modèles ou l'appariement était du à un seul boson, qu'il soit un phonon, magnon ou bien d'un quasi-particule plus complexe, émergeant de l'état quantique fortement corrélé des porteur de charge dans le plans CuO2.
Mais la nature ne choisi pas forcement la simplicité, et un scénario à 2 boson, bien que très difficile à traiter théoriquement, pourrait expliquer des nombreuse contradiction dans la physique des cuprates.
Pour cela, nous explorerons plusieurs phénomène physiques, en particulier dans les cuprates oxychlorures, un système moins étudié mais qui présente des simplification importantes en particulier pour de modèles type Hubbard. Mais nous revisiterons aussi certaines mesures dans d'autre famille de cuprates, pour les comparer, afin de cibler les aspect qui pourrait être comparé à des modèles à deux boson.
En particulier, nous viserons deux types d'excitations thermiques collectives: les magnon et les phonons, et leurs effets sur la structure électronique, en particulier le gap supraconducteur et le pseudo-gap.
Dans la littérature sur le cuprates, ainsi que nos études précédents sur le oxychlorures, émergent plusieurs effet montrant un forte couplage des ces deux boson avec la structure électronique, notamment: un effet isotopique de l'oxygène anomale mais particulièrement fort, des anomalies (''kink'') dans la dispersion des bandes électronique aux énergies de Debye, à la fois des magnons et de phonons, avec un amollissement des mode de Debye de l'oxygène, ainsi que une forte signal de couplage electron-phonon à la même énergie, dans le RIXS (Resonant Inelastic X-rays Scattering) au seuil L3 du Cuivre.
Coté interaction electron-phonon dans un système de polarons de spin, dans le cadre de ce projet de thèse, nous proposons de faire de substitution isotopique de l'oxygène sur les cuprates oxychlorures, jamais réalisé auparavant, ce qui permet d'accéder directement aux effets de phonons sur la structure électronique et la supraconductivité. A noter que l'effet isotopique est connu dans d'autres famille des cuprates, et il est particulièrement fort dans la famille La214 (La2CuO4 dopé), isostructurale des oxychlorures.
Nous allons aussi explorer ces modes en RIXS au seuil K de l'oxygène, sensible au couplage éléctron-phonon de ces modes de vibration (collaboration L. Chaix, Inst. Néel et A. Nicolaou, Synchrotron Soleil).
Ce résultats seront comparé à des modèles de Hubbard calculé en c-DMFT (cluster Dynamical Mean Field Theory) par le groupe théorie de l'IMPMC, Sorbonne Université, à Paris (B. Lenz et M. Casula).
Coté interaction avec les magnon, dans le cadre du modèle de Hubbard, nous allons étudier le super-échange J en fonction de la pression, en regardant le bi-magnon mesuré par Raman (collaboration M.-A. Méasson, Inst. Néel), dont on peut déduire l'énergie de super-échange, et la comparer à des calculs c-DMFT (ménés par B. Bacq-Labreuil, IPCMS, Université de Strasbourg).
Enfin, nous allons aussi étudier le gap, et pseudo-gap, dans ce composé, en particulier pour en sonder la symétrie en utilisant le Raman, et comparer au calculs c-DMFT (aussi par B. Bacq-Labreuil).