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Réseaux artificiels à frustration géométrique

Vendredi 21 octobre 2016 14:00 - Duree : 2 heures
Lieu : Salle des séminaires - bât A - Campus CNRS, 25 rue des martyrs - 38000 Grenoble

Orateur : Soutenance de Thèse de Yann PERRIN

Certains composés cristallins, comme la glace ou les glaces de spin, présentent la caractéristique de ne pas s’ordonner à basse température. Ce comportement surpren ant trouve son origine dans le phénomène de frustration. Celui-ci apparaît en présence de forces en compétition qui ne peuvent pas être simultanément satisfaites. Cette frustration donne lieu à des états exotiques de la matière, désordonnés mais pourtant fortement corrélés. Les composés frustrés sont étudiés en matière condensée depuis plusieurs décennies. Mais à ce jour, les techniques expérimentales ne permettent pas d’accéder aux configurations locales de ces systèmes. Les réseaux de nanoaimants semblent être de bons candidats pour contourner cette difficulté. La taille typique de ces nanoaimants est de quelques centaines de nanomètres. Les techniques d’imagerie magnétique permettent donc d’observer chaque objet individuellement. Il est alors possible d’étudier localement comment les degrés de liberté s’accommodent de la frustration. De plus, leur géométrie est aisément modulable puisqu’ils sont fabriqués par lithographie. Il est d onc possible de fabriquer des objets qui n’ont pas d’équivalent naturel. L’intérêt qui est porté aux réseaux de nanoaimants provient de cette grande flexibilité, combinée à la possibilité d’observer les configurations locales. Depuis les travaux pionniers de Wang et al., le réseau carré de nanoaimants a reçu une grande attention. Il a été conçu dans le but de réaliser expérimentalement le modèle de Lieb, aussi appelé "glace carrée". Ce modèle, qui a déjà fait l’objet de plusieurs études théoriques, est un analogue bidimensionnel de la glace et des glaces de spin. Mais pour des raisons géométriques, le réseau de nanoaimants carré ne présente pas les propriétés attendues : il s’ordonne au lieu de présenter des états de basse énergie désordonnés. C’est pourquoi la communauté s’est tournée vers d’autres géométries. Mais à ce jour, les états de basse énergie du modèle de Lieb n’ont pas été observés expérimentalement. Cette thèse vise à réaliser et étudier ce modèle grâce aux réseaux de nanoaimants. Nous explorerons une première approche, qui consiste à ajouter des aimants supplémentaires au réseau carré initial. Nous prouverons que cette solution permet théoriquement d’obtenir une physique de glace dans le système. Expérimentalement, les aimants additionnels produisent l’effet recherché mais un biais dans nos expériences masque les corrélations que nous recherchons. Nous observons toutefois qu’ils ont une influence notable sur les fluctuations et les excitations du réseau. Notre seconde approche consiste à surélever la moitié des nanoaimants du réseau carré. Les travaux théoriques prouvent qu’une physique de glace peut être rétablie en ajustant cette surélévation. Nous avons réussi à élaborer un tel système et à étudier ses états de basse énergie. Expérimentalement, l’effet de la surélévation concorde parfaitement avec nos prévisions. Notre analyse prouve que nous avons réussi à réaliser le modèle de Lieb avec des nanoaimants. Les facteurs de structure magnétiques obtenus présentent des points de pincement, signature d’un liquide de spin algébrique. Cette approche permet de visualiser pour la première fois des configurations magnétiques appartenant à une phase de Coulomb. Ce travail ouvre des perspectives intéressantes pour l’étude des excitations de cette phase, analogues à des monopoles magnétiques classiques.

Contact : lilian.de-coster@neel.cnrs.fr

Discipline évènement : (Physique)
Entité organisatrice : (Institut Néel / QUEST)
Nature évènement : (Soutenance de thèse)
Site de l'évènement : Polygone scientifique

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