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Accueil du site > Transport de charge dans des états de bord protégés à l’interface d’hétérostructures isolantes

PROPOSITION DE SUJET DE THESE
Années 2010-2013

Nom Laboratoire : Laboratoire de Physique des Solides

Code d’identification CNRS : UMR8502

Noms des responsables de la thèse : Marc Gabay Téléphone : 01 69 15 69 26 e-mail : gabay@lps.u-psud.fr

page web : http://chercheurs.lps.u-psud.fr/~ga...

Lieu de la thèse : Batiment 510, Centre Universitaire, 91405 ORSAY

Financement proposé : OUI si oui, type de financement : bourse

TITRE : Transport de charge dans des états de bord protégés à l’interface d’hétérostructures isolantes

 

Projet scientifique :

Les défis majeurs posés par des besoins énergétiques sans cesse croissants d’un monde en développement où les ressources pétrolières tendent à se raréfier nécessitent une véritable « révolution technologique ». Un des volets de cette quête consiste à réduire au minimum la dépense en énergie tout en maximisant au contraire sa production. Les nouveaux matériaux à base d’oxydes se révèlent être, à cet égard, des candidats particulièrement prometteurs. Leurs propriétés physiques les rapprochent à la fois des isolants et des conducteurs. Un petit changement d’un paramètre contrôlable suffit à provoquer une variation énorme et locale de leurs caractéristiques électriques, magnétiques ou thermiques. Tout l’enjeu est de pouvoir induire ces transitions de façon simple, réversible et de faire en sorte que l’état initial comme l’état final soient stables au cours du temps. A cette activité, qui se situe à la charnière entre le fondamental et l’application nous donnons le nom d’oxytronique, contraction d’électronique à base d’oxydes.

En 2004, la revue Nature, publie un article annonçant la mise en évidence d’une phase métallique lorsqu’on dépose un matériau fortement isolant (l’aluminate de lanthane, LaAlO3) sur un autre matériau… isolant (le titanate de strontium, SrTiO3). De plus, en plongeant le tout dans un cryostat, cette hétérostructure se révèle supraconductrice. Si les électrons viennent bien du substrat SrTiO3, les propriétés conductrices, elles, concernent essentiellement le voisinage de sa surface de contact avec LaAlO3. En appliquant une tension de grille on module les propriétés de transport à volonté. D’autres matériaux (par exemple Zr2N2Cl2) ont, depuis, révélé des comportements semblables.

Les caractéristiques de ses systèmes suggère l’existence d’une nouvelle classe d’états thermodynamiques, dits états de bord (de surface) protégés, c’est-à-dire dont les propriétés sont radicalement différentes de celles du volume. L’objet de cette thèse, est de modéliser analytiquement les propriétés de transport de ces hétérostructures, à partir d’une théorie microscopique. Les outils mis en jeu sont ceux de la théorie de la matière condensée, de la théorie des champs appliquée à la matière condensée, de la théorie de la localisation (en l’absence et en présence d’interactions) dans le cas de systèmes bidimensionnels. Ce travail, qui pourra être complété le cas échéant par une étude numérique, bénéficiera de la collaboration unissant notre équipe, au sein du laboratoire, à deux groupes expérimentaux en pointe sur le sujet (à l’Université de Genève et à Thales).