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Mise en ordre d’une onde de densité de charge sous courant : Etude des corrélations électroniques à l’échelle du micromètre

 

PROPOSITION DE SUJET DE THESE
Années 2008-2011

Nom Laboratoire : Laboratoire de Physique des Solides

Code d’identification CNRS : UMR8502

Nom du responsable de la thèse : David Le Bolloc’h

e-mail : lebolloch@lps.u-psud.fr téléphone : 01 69 15 60 57

Lieu du stage : LPS, bat 510, Orsay

Type de financement : Bourse Ministère et Monitorat


Titre : Mise en ordre d’une onde de densité de charge sous courant : Etude des corrélations électroniques à l’échelle du micromètre.

Une onde de densité de charge peut glisser sur un réseau d’atomes sous l’effet d’un courant extérieur. Ce phénomène est facilement observé par des mesures de transport : au-delà d’un courant seuil, nous observons un écart à la loi d’ohm qui s’explique par le glissement collectif des électrons condensés dans l’onde de densité de charge. Mesurer ce mouvement collectif par diffraction est en principe impossible à cause du problème de la phase en cristallographie. Cependant, en utilisant la diffraction cohérente de rayons X, nous observons une signature claire de ce mouvement. En effet, pour des champs électriques relativement élevés, il apparait de nouvelles corrélations électroniques qui s’étendent sur de très grandes distances, pouvant atteindre plusieurs microns. Ces corrélations sont impressionnantes puisqu’elles sont 1500 fois plus grandes que la période de l’onde de densité de charge elle-même [1].

Le sujet de thèse qui est proposé ici fait suite à cette récente observation. La diffraction cohérente des RX est un atout essentiel pour l’observation de ce phénomène. Cette approche permet en principe de mesurer la dynamique des fluctuations à l’équilibre thermodynamique. Elle permet aussi de suivre le comportement de défauts isolés ou l’apparition d’un nouvel ordre électrique comme dans le cas présent. Le projet reposera principalement sur cette approche expérimentale. L’observation de ces corrélations reste encore très grossière et des mesures plus fines sont nécessaires. Nous envisageons par exemple de mesurer leur dynamique. Une étude en température est aussi très prometteuse.

Nos expériences ne peuvent être réalisées que sur des synchrotrons de troisième génération, et seront effectuées soit à ESRF (synchrotron Européen de Grenoble), soit à l’APS (Chicago USA). Nous sommes aussi très impliqués dans la ligne Cristal du synchrotron Soleil ou la cohérence X a été développée (collaboration avec S. Ravy). Nous devrions y réaliser les premières expériences de cohérence tout prochainement.

Le projet comportera aussi un aspect théorique. Même si ces corrélations ont des traits communs avec les réseaux de vortex dans les supraconducteurs, elles ont une nature bien différente. Ce nouvel état électronique n’a pas d’équivalent en matière condensée. Son étude est pour l’instant quasi vierge et un développement théorique important sera nécessaire. Les concepts seront développés en collaboration avec N. Kirova (groupe théorie du LPS).

[1]Observation of correlations up to the micrometer scale in sliding charge-density waves D. Le Bolloc’h, V.L.R. Jacques, N. Kirova, J. Dumas, S. Ravy, J. Marcus, F. Livet (arXiv:0711.4227v3) accepted PRL 2008.

[2] SrTiO3 Displacive Transition Revisited via Coherent X-Ray Diffraction S. Ravy, D. Le Bolloc’h, R. Currat, A. Fluerasu, C. Mocuta, and B. Dkhil, Phys. Rev. Lett. 98, 105501 (2007).

[3] Charge Density Wave Dislocation as Revealed by Coherent X-Ray Diffraction D. Le Bolloc’h, S. Ravy, J. Dumas, J. Marcus, F. Livet, C. Detlefs, F. Yakhou, and L. Paolasini, Phys. Rev. Lett. 95, 116401 (2005).