La conductivité thermique comme sonde pour les états exotiques des matériaux quantiques

Abstract

Dans les travaux décrits à l'intérieur de cette thèse, la mesure de la conductivité thermique à très basse température a été utilisée comme sonde pour étudier des matériaux quantiques. Cinq projets se penchant sur différentes classes de matériaux sont détaillés.

La première étude porte sur le cuprate supraconducteur LSCO et l'effet de l'onde de densité de spin qui y habite sur le transport thermique. Une chute de la conductivité thermique électronique est observée lorsqu'un champ suffisamment fort pour induire l'onde de densité de spin est appliqué. Ceci indique que l'onde de densité de spin qui existe à l'intérieur de la phase pseudogap nuit au transport des quasiparticules électroniques et que c'est elle, et non la phase pseudogap, qui cause les remontées dans la résistivité électrique bien connues dans les cuprates.

Un deuxième projet dédié au ruthénate de strontium Sr2RuO4, un supraconducteur non conventionnel, a trouvé une conductivité thermique tout à fait typique d'un gap supraconducteur ayant une symétrie d-wave. Ce résultat va à l'encontre de la notion qui était très répandue jusqu'à tout récemment que ce matériau a une symétrie p-wave beaucoup plus exotique.

Deux études similaires se sont penchées sur deux matériaux ayant potentiellement un état de liquide de spin quantique: le EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2 et le herbertsmithite. Dans les deux cas, aucune signature claire de la présence d'excitations exotiques nommées spinons n'a été observée. Pour le EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2, ce résultat vient réfuter un résultat très cité paru dans Science qui supportait la présence de ces excitations de spin. Les deux matériaux ont une conductivité thermique dominée par des phonons qui sont fortement diffusés, probablement par des excitations de spin.

Le cinquième projet décrit porte sur le métal étrange FeCrAs. Sa conductivité thermique n'a pas permis de supporter l'idée qu'un état de liquide de spin pourrait être présent dans ce matériau. Elle a toutefois révélé ce qui semble être une transition magnétique qui n'a pas encore été documentée, mais qui est potentiellement liée à certains phénomènes déjà recensés dans ce matériau.