Thèse: Spectroscopie des liquides de spin dans des matériaux quantiques frustrés (H/F)

Sujet de thèse :
Les liquides de spin quantique sont de nouveaux états fascinants de la matière. Contrairement aux états fondamentaux ferro- ou antiferro-magnétiques conventionnels constitués de spins ordonnés à longue portée, les liquides de spin sont des états désordonnés hautement intriqués, qui brise le paradigme de la théorie de Landau-Ginzburg-Wilson des transitions de phase. Les fluctuations quantiques sont si fortes que l’image semi-classique des spins individuels, pertinente pour les états conventionnels, s’effondre complètement. Au lieu de cela, les spins s'associent pour former des états singulets. Les états liquides de spin résultent de la superposition quantique de ces singulets individuels pour former un état macroscopiquement intriqué. Il existe de nombreuses façons de réaliser cette superposition et donc de nombreux types différents de liquides à spin quantique possibles. Quelles sont ceux qui peuvent réellement être réalisées dans des matériaux réels et comment les identifier sont des questions centrales. Une empreinte commune de ces états est l’émergence d’excitations non conventionnelles, de spinons fractionnaires, de modes de photon émergent, de fermions majorana… qui peuvent être détectées expérimentalement.
La frustration magnétique est reconnue et utilisée depuis longtemps comme un mécanisme efficace pour favoriser ces états exotiques pour les aimants antiferromagnétiques quantiques (spin-1/2) : toute la richesse de ce concept est illustrée par l'attribution du prix Nobel à G. Parisi en 2021. Plusieurs matériaux tels que l'herbertsmithite ou la kapellasite – initialement des minéraux naturels – sont désormais synthétisés et étudiés dans le monde entier et dans notre groupe pour leurs propriétés magnétiques uniques. Les pyrochlores de terre-rare, les aimants de Kitaev ou bien les matériaux quantiques à fort couplage spin-orbite sont également des voies prometteuses pour la réalisation de tels états exotiques.
Nous proposons d'étudier de tels nouveaux matériaux liquides de spin grâce à nos collaborations internationales bien établies, avec une approche originale combinant des techniques spectroscopiques à haute résolution très complémentaires (RMN, relaxation de spin du muon, diffusion inélastique des neutrons) et des mesures thermodynamiques (capacité thermique) et acoustiques à basse température.

Rôle du/de la doctorant(e):
Le/la doctorant(e) recruté(e) sera responsable des mesures expérimentales de spectroscopies et thermodynamiques et de l'analyse des données sous la supervision d'Edwin Kermarrec. Son projet de recherche s'articulera autour de l'étude de nouveaux matériaux candidats à la physique des liquides de spin pour lesquels il/elle devra développer une expertise (travail bibliographique). Ses travaux devront être soumis à publications et présentés lors de conférences.

Contexte :
Le Laboratoire de Physique des Solides est une unité mixte de recherche (UMR 8502)
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