Thèse Physique des Monopoles Magnétiques dans des Liquides de Spins Artificiels H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : Institut Néel Direction de la thèse : Nicolas ROUGEMAILLE ORCID 0000000309231000 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59 Ce projet de thèse vise à étudier la physique des phases de Coulomb dans des liquides de spin classiques pouvant être obtenus dans des réseaux bidimensionnels de nanostructures magnétiques en interaction. Nous envisageons notamment de réaliser un ensemble d'expériences permettant de sonder en temps réel, par des techniques d'imagerie accessibles en laboratoire ou sur grands instruments, les propriétés des excitations de ces phases, excitations qui se comportent comme des quasi-particules topologiques, portant une charge et un moment magnétiques. Ces quasi-particules, souvent appelées monopoles magnétiques dans la communauté des systèmes frustrés, sont théoriquement décrites par les lois de l'électrostatique : elles se repoussent ou s'attirent selon la charge (magnétique) qu'elles portent et interagissent via un potentiel de Coulomb à longue distance. Cependant, ces propriétés (parmi d'autres que nous étudierons également comme leurs propriétés de diffusion en dimension deux ou de création / annihilation liées à leur nature topologique) n'ont jamais été visualisées, directement et sans ambiguïté, dans un système expérimental. C'est ce que nous entendons réaliser dans ce projet de thèse. En d'autres termes, nous proposons de tester expérimentalement, dans des réseaux de nano-aimants lithographiés soumis à des fluctuations thermiques et / ou à un champ magnétique appliqué, la pertinence de différentes prédictions théoriques développées ces vingt dernières années et largement utilisées en magnétisme frustré.
Ce projet s'intègre dans une dynamique collective à l'Institut Néel (équipes MNM, Quan2m et TMC), couplant théorie et expériences dans des systèmes variés [1-8]. Le projet bénéficiera par ailleurs d'un accès privilégié à un microscope à force magnétique de dernière génération, acquis fin 2025 par le laboratoire d'accueil. Ce projet s'insère dans une dynamique locale et internationale qui vise à comprendre les propriétés de systèmes magnétiquement frustrés, et notamment celles de liquides de spins (états inhabituels de la matière, transition de phase, excitations topologiques, etc) qui peuvent être émulées dans des réseaux de nanostructures magnétiques. - Fabrication de réseaux de nanostructures magnétiques en salle blanche (lithographie électronique)
- Imagerie magnétique au laboratoire (microscopie à force magnétique) ou en rayonnement synchrotron (microscopie à photoémission d'électrons)
- Simulations numériques (Monte Carlo, micromagnétisme)