Thèse Coexistence Cdw-Supraconductivité Sous Contrainte Bi-Axiale dans les Cuprates H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Le candidat devra avoir des compétences solides de matières condensées (physique des électrons corrélés), des aptitudes en traitement du signal, des notions de diffraction et de transport, même si ces
dernières compétences pourront être consolidée pendant la thèse.

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des Solides Direction de la thèse : David LE BOLLOC'H ORCID 0009000196003382 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-01T23:59:59 Nous proposons dans ce projet de thèse de revisiter les Cuprates à partir d'une nouvelle approche qui consiste à étirer les cristaux suivant deux directions perpendiculaires. Pour le faire, nous avons récemment développé une machine de traction biaxiale. Elle est constituée de 4 moteurs indépendants capables d'étirer un polymère sur lequel sont collés les échantillons (voir la description de la machine de traction dans A. Gallo-Frantz et al., Nature Comm. 15, 3667 (2024). Outre sa capacité à étirer un cristal de quelque dixième de pourcent et de pouvoir l'étirer suivant deux directions perpendiculaires, elle permet aussi de limiter l'effet Poisson, c'est-à-dire d'éviter que la direction perpendiculaire ne se contracte sous traction permettant de maitriser la densité électronique de l'échantillon.
L'étude des systèmes à onde de densité de charge (ODC) illustre l'intérêt d'appliquer une telle contrainte mécanique biaxiale. Les tritellurures de terres rares (RTe) sont des composés lamellaires constitués d'un réseau quasi carré dans le plan (a,c), l'axe c étant légèrement plus long que l'axe a perpendiculaire, avec un rapport c/a proche de 3/1000. La modification du rapport c/a détermine l'état fondamental ODC. L'augmentation du paramètre de réseau c augmente considérablement Tc, tandis que l'augmentation du paramètre de maille a, induit un basculement de l'ODC de 90° le long de l'axe a, vers un état qui n'existe pas à l'équilibre. Pour c=a, les deux phases ODC, le long de c et de a, coexistent mais sont fortement atténuées en amplitude. Cette sensibilité repose principalement sur le changement de symétrie locale du réseau presque carré [Gallo et al., 2024].
Les diagrammes de phase des tritellurures de terre rares (RTe3, où R désigne une terre rare) sont très différents de ceux des cuprates. Ils partagent toutefois certaines caractéristiques communes : ces deux systèmes stabilisent deux CDW situées dans des plans presque carrés et présentent un dôme supraconducteur (qui ne dépasse pas 2,5 K sous pression dans le RTe3). La structure atomique de RTe3, tout comme celle de Bi2212 (Bi2Sr2CaCu2O8+x) par exemple, est de type lamellaire, constituée de couches atomiques faiblement couplées reposant sur une structure pseudo-tétragonale. Dans Bi2212, la différence entre les paramètres a et c dans le plan CuO2 est également faible, inférieure à 0,05 Å selon les conditions de synthèse et le niveau de dopage en oxygène. Notre cellule de traction biaxiale offre donc, à l'instar de RTe3, la possibilité de rompre la symétrie du plan CuO dans l'une ou l'autre direction.
L'étude des cuprates s'appuiera sur deux approches. La première consistera à exploiter la rupture de symétrie et la concurrence qui en résulte entre les phases ODC et supraconductivité (SC). sachant que la phase ODC est en concurrence avec la phase SC, la réduction de l'amplitude de l'ODC (en ajustant les paramètres de réseau pour a=b dans le plan CuO) devrait renforcer la phase SC. Dans cette approche, on s'attend à ce que la température de transition (Tc) varie indirectement, par le biais de la réduction de l'amplitude de l'ODC. La deuxième approche, liée à la précédente, consiste à modifier la dimensionnalité. Dans un modèle de Hubbard t-J, l'introduction d'une anisotropie (ta tb) permet un changement de dimensionnalité du système, du régime quasi-2D à un régime quasi-1D.