Les stages et thèses proposées


Fusion des Cônes de Dirac (stage et/ou thèse)

Responsable : Miguel Monteverde

La physique des électrons à deux dimensions a été très largement étudiée dans les hétérojonctions de semi-conducteurs, avec des découvertes impressionnantes comme l¿effet Hall quantique entier et fractionnaire [Phys. Rev. Lett. 45 (1980), 494 et Phys. Rev. Lett. 48 (1982), 1559]. Dans ces systèmes, la relation de dispersion des porteurs est quadratique en vecteur d¿onde : les porteurs possèdent une masse. Tout récemment (2004), la découverte du graphène (un seul plan d¿atomes de carbone) a donné accès à la physique des électrons 2D relativistes sans masse. En effet la relation de dispersion y est linéaire en vecteur d¿onde, donnant lieu à une structure de bande constituée de cônes, dits cônes de Dirac. Toute une nouvelle physique en découle, notamment à fort champ avec une quantification différente des niveaux de Landau (demi-entière), ce qui a conduit à une intense activité scientifique [Phys. Rev. Lett. 95 (2005), 146801; Nat. Phys. 2 (2006), 620; Phys. Rev. Lett. 96 (2006), 136806 et Phys. Rev. Lett. 98 (2007), 196806].

La possibilité d¿étudier expérimentalement un système où l¿on serait capable d¿observer la physique des électrons 2D massiques et de passer de façon continue à la physique des électrons sans masse est évidement très intéressante. Cette possibilité peut être réalisée dans le composé organique α-(BEDT-TTF)2I3. De plus, des travaux théoriques récents sur ce sujet révèlent un nouveau système hybride d¿électrons bidimensionnels qui pourrait aussi être mis en évidence dans ce matériau. En fait, la fusion de deux cônes de Dirac donne un système hybride: à la fois relativiste (EαkF) pour une direction de vecteur d'onde, et massique (EαkF2) dans une autre direction [Phys. Rev. B 80 (2009), 153412 et Eur. Phys. J. B 72 (2009), 509]. Dans ce système hybride, une nouvelle quantification des niveaux de Landau très particulière a été prédite (Effet Hall Quantique), mais cette dépendance n¿a jamais été mise en évidence de façon expérimentale.

Le stage et/ou la thèse porteront sur l¿étude expérimentale de ce composé organique, pour y rechercher les trois systèmes d¿électrons 2D présentés auparavant : massique, sans masse, et hybride. On chercherait à étudier, en plus, l¿effet hall quantique où des différences remarquables ont été prédites.

La technique expérimentale pour réaliser ces études serait des mesures de conductivité électrique sous pression (0-3GPa) et sous fort champ magnétique (0-14T) à de très basses températures (jusqu'à 50mK).

Concepts physiques que l¿étudiant pourra découvrir : Effet Hall Quantique, système d¿électrons bidimensionnel

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M2 recommandé : Physique de la Matière Condensée ou Physique Quantique