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        LPCM Laboratoire de Physique Computationnelle des Matériaux            

 Systèmes Fortement Corrélés (SFC)

La découverte de nouveaux matériaux naturels et artificiels a révolutionné la physique de la matière condensée et notre vision sur le rôle des corrélations entre électrons. Des nouvelles propriétés telles que la supraconductivité à haute température et magnétorésistance colossale découvert dans ces matériaux, ont bouleversé nos représentations classiques de la physique de la matière condensée et nous pousse à reconsidérer de nombreux concepts bien établis.

La description des interactions entre les électrons dans les systèmes dites fortement corrélés est l’un des grands défis de la physique contemporaine de l'état solide. Ce phénomène est remarqué dans plusieurs matériaux comme les isolants de Mott, les supraconducteurs à haute température, les fermions lourds, les matériaux de la spintronique. Plusieurs modèles ont été développés pour décrire les différents phénomènes. Mais malheureusement ces modèles semblent incapables de décrire les interactions entre les électrons dans les matériaux fortement corrélés à cause de la complexité et les difficultés théoriques puisque plusieurs phénomènes entrent en compétition et sont difficiles à dissocier. Les couches 3d des métaux de transitions, les orbitales 4f de terres rares, et 5f des actinides provoquent de très fortes corrélations entre les électrons. La compétition entre tendance à la localisation, et tendance à la délocalisation induit des instabilités variées et originales, comme la formation d’états spatialement inhomogènes, le magnétisme ou la supraconductivité. Pourquoi on étudie ces systèmes ? D’abord parce qu’ils représentent une grande partie des matériaux naturels ou artificiels sur Terre. En effet, les atomes à orbite d ou f sont par exemple les métaux de transition et les terres rares. Les systèmes composés avec ces métaux ont donc de bonnes chances d’être corrélés. Ensuite parce que ces matériaux présentent des propriétés physiques uniques et très utiles, par exemple le ferro ou l’antiferromagnétisme, la supraconductivité à haute température critique, la magnétorésistance géante. Enfin et surtout parce que l’effet des corrélations engendre de nouveaux états de la matière fascinants, très éloignés des métaux ou des isolants standards, où même la notion d’électron isolé n’a peut-être plus de sens. C’est le lien entre leurs propriétés uniques et ces nouveaux états que nous aimerions mieux comprendre.

Actuellement, l'étude de la forte corrélation dans des systèmes spatialement confinés offre une nouvelle plate forme  pour explorer de nouvelles phases quantiques. Cette activité a été stimulée par la synthèse de nouveaux matériaux artificiels, tels que les hétéro-structures et les nano-dispositifs. L'objectif de cette équipe est d'explorer théoriquement ces  nouveaux matériaux corrélés  et confinés, à la recherche de nouveaux phénomènes quantiques par une voix purement théorique. Pour cela, nous avons tracé les axes suivants : 

  • En premier  lieu, le  développement  d'un outil théorique ab initio [comme par exemple, la théorie  des champs moyens  dynamiques (DMFT) ou bien la théorie de la fonctionnelle de densité plus le potentiel d’Hubbard (DFT+U)], qui permettra de traiter cette forte corrélation électronique dans des différents systèmes, est d’un intérêt capital.
  • Dans une seconde étape,  nous allons étudier différents systèmes à électrons fortement corrélés : les hétéro-structures, les fermions lourds, les composé et alliages, les intermétalliques, les isolants de Mott, les matériaux supraconducteurs à haute température, les matériaux de la spintronique ……..