Thèse Étude de la Phase Métal Étrange dans les Cuprates Supraconducteurs H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : LNCMI - Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses Direction de la thèse : Cyril PROUST ORCID 0000000308212094 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59 La supraconductivité à haute température critique a suscité une attention considérable ces dernières années en raison de ses applications potentielles. Elle pourrait en effet révolutionner les réseaux électriques, permettre la lévitation des trains à grande vitesse et rendre les technologies médicales plus accessibles.
La supraconductivité des cuprates constitue un problème emblématique de la physique de la matière condensée, actuellement à un moment charnière. L'interaction à l'origine de la supraconductivité dans ces composés est vraisemblablement de nature magnétique, mais elle fait toujours débat au sein de la communauté scientifique. Pour aborder cette question, nous disposons des champs magnétiques les plus intenses au monde, ce qui nous permet de détruire la supraconductivité et d'étudier l'état fondamental sous-jacent.
Dans une certaine gamme de dopage, on observe que la résistivité électrique de la phase normale croît linéairement avec la température, contrairement à un métal conventionnel, où elle croît de manière quadratique. De plus, la magnétorésistance est linéaire en fonction du champ magnétique, alors qu'elle varie de manière quadratique ou sature dans un métal classique. Ces comportements sont la signature d'un « métal étrange », intensément étudié aujourd'hui, car on soupçonne que le mécanisme de diffusion à l'origine de la résistivité linéaire soit responsable de l'appariement des électrons dans la phase supraconductrice.
Nous proposons d'effectuer des mesures de magnétotransport à travers la phase de métal étrange des cuprates supraconducteurs LSCO et Ca-YBCO. Nous disposons d'échantillons couvrant une large gamme de dopage. Plusieurs études seront menées dans différentes conditions expérimentales. Ces mesures seront accompagnées de simulations numériques permettant d'extraire le taux de diffusion électronique, ainsi que sa dépendance en température, en champ magnétique et en dopage. Ces simulations prendront en compte les effets liés aux fluctuations de spin, ainsi que l'effet du champ magnétique sur le temps de vie des quasiparticules.
Nous pourrons confronter nos résultats avec les théories actuelles, qui, selon les hypothèses, prévoient que la magnétorésistance reste linéaire en fonction du champ magnétique ou sature à très fort champ. Nous pourrons également suivre la dépendance en température de la résistance, qui, selon les théories, reste linéaire ou devient quadratique à basse température et sous fort champ magnétique.
Le comportement de métal étrange et la supraconductivité non conventionnelle sont deux thèmes récurrents dans le domaine des matériaux quantiques. Comme nous l'avons montré, leur apparition simultanée dans une large gamme de matériaux a suscité des spéculations quant à l'existence d'un mécanisme universel de diffusion des porteurs de charge, potentiellement lié à la supraconductivité [Legros19]. L'objectif de cette thèse est d'explorer ces deux questions dans les cuprates, en se concentrant sur la phase de métal étrange.
Des champs magnétiques intenses sont indispensables pour sonder l'état fondamental à basse température. À cet égard, le Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI) est un leader mondial dans la production de champs magnétiques intenses et constitue un grand instrument de recherche (https://lncmi.cnrs.fr). Le laboratoire comprend une installation de champs statiques à Grenoble (avec un nouvel aimant hybride atteignant B = 42 T) et une installation de champs pulsés à Toulouse (où le champ maximal peut atteindre environ 88 T en mode non destructif). Un aimant non destructif, conçu pour atteindre à terme B = 120 T, a été construit et sera testé en 2026. Cet aimant sera unique au monde.
L'une des caractéristiques distinctives du LNCMI-Toulouse est la longue durée des impulsions de champ magnétique, ce qui permet d'effectuer des mesures avec une résolution particulièrement élevée. Des dispositifs spéciaux permettent de mesurer la magnétorésistance d'échantillons dont la résistance peut être aussi faible que quelques milliohms, dans des champs pulsés allant jusqu'à 88 T. Par ailleurs, une technique micro-ondes, permettant des mesures de transport avec une grande sensibilité dans des champs magnétiques pulsés semi-destructifs (mégagauss) dépassant 150 T, a été récemment développée par nos soins [Massoudzadegan25].Comprendre la physique des métaux étranges Au cours de la première année, des mesures de la magnétorésistance seront effectuées à quatre dopages différents de LSCO dans les champs pulsés jusqu'à 88 T. L'analyse des données et des simulations numériques (à partir de l'équation de transport de Boltzmann prenant en compte les calculs de structure de bande) seront nécessaires pour extraire des informations sur le taux de diffusion des porteurs de charge. À l'issue de cette première année, l'étudiant sera capable de préparer des échantillons sous binoculaire (contact électrique à la laque d'argent), de gérer de manière autonome une expérience sous champ pulsé et d'analyser les résultats. Il sera également capable de construire et réparer une canne de mesure, d'utiliser toutes les machines-outils à sa disposition (après une formation interne), et collaborer avec les équipes techniques pour usiner une pièce simple.
En ce qui concerne les mesures megagauss, il faut limiter l'échauffement des échantillons pendant les mesures. Nous collaborons avec une équipe à Stuttgart qui est spécialiste de la technique de micro-usinage par faisceau d'ions focalisé (FIB). Une partie du projet consistera pour l'étudiant à apprendre à utiliser cette technique, qui permet de réduire la taille des échantillons.
Pendant la première année, nous souhaitons que l'étudiant participe à une école spécialisée dans le domaine des matériaux quantique. Il participera également aux JMC organisés à Toulouse en octobre 2026 et il donnera un séminaire interne au LNCMI avant la fin de sa première année.

Bonne connaissance en physique du solide
Attrait pour l'expérience scientifique

• Calcul de structure