Thèse Déterminer le Rôle de la Criticalité Quantique dans les Métaux Étranges H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Pour s'attaquer à ce problème, la première étape sera de s'attarder sur l'effet Seebeck (la réponse thermoélectrique (S/T) de ces matériaux. Dans un métal normal, on s'attend à observer S/T qui sature lorsqu'on diminue la température. Toutefois, dans de nombreux métaux étranges, on observe plutôt une augmentation de S/T en log(1/T) [3-5]. Cette signature est emblématique de la présence d'un point critique quantique, un phénomène qui pourrait très bien expliquer la résistivité linéaire en température. Néanmoins, cette explication ne fait pas consensus dans la communauté et d'autres théories circulent [3,6-7] - un des freins notables étant que la présence d'un point critique quantique n'a pas été montrée chez tous les métaux étranges.

Ce sera justement l'objectif de cette thèse : vérifier systématiquement la présence d'un point critique quantique dans toutes les familles de métaux étranges. L'étudiant.e utilisera des mesures d'effet thermoélectrique (Seebeck) pour sonder la présence d'un point critique quantique dans de nombreux échantillons. Cette propriété du transport électronique peut être vue comme un puissant proxy de la chaleur spécifique et a pour avantage de permettre les mesures sur les couches minces. Ces mesures nécessiteront le développement d'une expertise expérimentale et en cryogénie, sous des champs magnétiques entre 1 et 45T. Les travaux à champs élevés seront effectués lors de courtes périodes de mesures intenses dans des laboratoires nationaux. L'étudiant.e sera également amené.e à travailler avec plusieurs paramètres pour atteindre l'état métal étrange dans des matériaux complètement différents, que ce soit en variant le dopage chimique, la pression ou encore le champ magnétique.

Bien que les propriétés critiques de certains matériaux aient déjà été étudiées, la valeur de l'effet Seebeck n'a pas toujours été rapportée. Cette propriété a toutefois l'avantage de pouvoir départager différentes théories utilisant la criticalité quantique pour expliquer les métaux étranges. Son interprétation tend également à être beaucoup plus simple et ses mesures analysées directement comparées à la chaleur spécifique qui doit être découplée entre plusieurs contributions distinctes pour obtenir la chaleur spécifique électronique-celle pertinente à notre problème. Cela fait de l'effet Seebeck une sonde puissante, bien que non conventionnelle pour mesurer la criticalité quantique.

À l'avant-garde de la recherche sur les électrons fortement corrélés, ce projet se fera en collaboration avec les groupes nous fournissant les échantillons, qu'ils soient au Canada, en Allemagne, en Corée ou aux États-Unis. Cette thèse vise à éclaircir l'origine des métaux étranges et à écarter une partie des théories cherchant à les expliquer-soulignant le caractère fondamental de la présence d'un point critique quantique lors de l'émergence de cette phase de la matière.
Comprendre la supraconductivité non conventionnelle constitue l'un des grands défis scientifiques de notre époque, avec des conséquences potentiellement transformatrices pour les technologies de demain. Les supraconducteurs permettent le transport de l'électricité sans pertes d'énergie, offrant à long terme des perspectives pour des systèmes énergétiques plus propres, une transmission de l'électricité plus efficace, des technologies avancées telles que la fusion nucléaire, ainsi que des concepts de transport sans pertes, notamment les trains à lévitation magnétique. Malgré des décennies de recherche, les progrès restent limités par l'absence d'outils théoriques capables de décrire la manière dont les électrons interagissent fortement dans les matériaux quantiques.
L'intérêt grandissant pour les métaux étranges, la phase normale de la supraconductivité, offre un nouvel angle pour attaquer ce problème. Dans la communauté, on dit que les électrons « diffusent comme ils s'unissent », suggérant que les mécanismes à l'origine de ces deux phases de la matière sont intimement liés. Ce projet de thèse s'inscrit dans cette dynamique et vise à retracer l'origine de la phase métal étrange en mettant en lumière ses liens avec la criticalité quantique.
En répondant à cette question, cette étude contribuera non seulement à une meilleure compréhension de la supraconductivité non-conventionnelle, mais apportera également une nouvelle perspective sur le rôle de la criticalité, ouvrant de nouvelles discussions dans la communauté et contribuant de manière significative à l'avancement de ce domaine en effervescence.