Etudes de FeSe et CePt2In7 sous conditions extrêmes

Unconventional superconductivity was recently observed in the vicinity of a pressure-induced quantum critical point in CePt₂In₇ and FeSe. The former is a heavy fermion compound, while the latter is an iron-based superconductor. This PhD thesis aims at improving our understanding of the physics of these newly discovered strongly correlated electron systems. This is achieved by experimental investigation of the evolution of crystal and magnetic structures, as well as of the Fermi surfaces under extreme conditions of high magnetic fields, high pressure, and low temperatures.We have investigated the magnetic structure of CePt₂In₇ by neutron diffraction. We observed only one magnetic propagation vector Q = (0.5, 0.5, 0.5) below T_N = 5.5 K. The magnetic moment is estimated at 0.45~μB per cerium atom at 2 K. Our torque measurements on CePt₂In₇ in pulsed fields suggest that the Fermi surfaces remain unchanged up to 70 T. This is well above the field-induced quantum critical point, which is expected to occur at 55-60 T according to previous studies. However, a clear metamagnetic-like anomaly is found at 47 T. The anomaly is almost temperature and field-angle independent. Furthermore, a sudden drop of the effective mass is observed at about the same field. We suggest that the last two observations are most naturally accounted for by a valence crossover, where the cerium valence changes by about 0.06, the order of magnitude expected in Ce-based compounds.In order to study the Fermi surfaces of CePt₂In₇ under pressure, we developed a tunnel diode oscillator combined with a Bridgman-type pressure cell. We have demonstrated that this set-up is suitable for measuring quantum oscillations both at high magnetic fields and under high pressure. However, the working conditions of the oscillator have to be improved in order to obtain a more reliable system.Finally, we performed an X-ray diffraction experiment on FeSe under hydrostatic pressure. At 20 K, we found a change of the bulk modulus along the c axis at 1.9 GPa. At 50 K, the orthorhombic to tetragonal crystallographic phase transition occurs at 1 GPa. We found evidences that this is followed by the emergence of a monoclinic symmetry above 2 GPa, where an antiferromagnetic phase was previously reported.La supraconductivité non-conventionnelle a récemment été observée à proximité d'un point critique induit sous pression dans CePt₂In₇ et dans FeSe. Le premier est un fermion lourd tandis que le deuxième fait parti de la famille des supraconducteurs à base de Fer. Cette thèse a pour objectif de contribuer à la compréhension de ces systèmes à électrons fortement corrélés en étudiant les évolutions des structures cristallographiques et magnétiques, ainsi que les surfaces de Fermi sous conditions extrêmes.Tout d'abord, nous présentons une étude de diffraction de neutrons dans la phase magnétique de CePt₂In₇. Une seule structure magnétique, avec comme vecteur de propagation Q = (0.5,0.5,0.5) et 0.45~μB par atome de Cérium à 2 K, a été détectée en dessous de T_N = 5.5 K.Ensuite, des mesures de torque sous champ pulsé de CePt₂In₇ ne montrent aucun changement des surfaces de Fermi jusqu'à 70 T, bien au-dessus du point critique quantique induit sous champ, attendu à 55-60 T selon la littérature. Cependant, ces mesures révèlent une claire anomalie métamagnétique à 47 T, très peu dépendante de la température et de l'orientation du champ ainsi qu'une chute des masses effectives vers 50 T. Nous suggérons que ces deux derniers éléments sont la manifestation d'un changement de valence des atomes de Ce de l'ordre de 0.06 électron par atomes de Cérium.L'étude des surfaces de Fermi de CePt₂In₇ sous pression a nécessité un développement instrumental à partir d'un circuit résonant à base d'une diode tunnel, combinée avec une cellule de pression de type Bridgman. Nous montrons qu'il est tout à fait possible de sonder les surfaces de Fermi à la fois sous champ magnétique et sous pression avec cette technique. Cependant, la fragilité du système résonnant nous amène à considérer des améliorations en vue de fiabiliser la mesure.Enfin, nous analysons une expérience de diffraction de rayons X sur un échantillon de FeSe sous pression hydrostatique. A 20 K, nous quantifions un durcissement de l'axe cristallographique c qui s'opère à 1.9 GPa. A 50 K, outre le passage d'une maille orthorhombique à tétragonale à 1 GPa, nous mettons en évidence qu'une symétrie monoclinique s'installe à partir de 2 GPa, où, selon la littérature, une phase antiferromagnétique apparaît

Studies of FeSe and CePt2In7 under extreme conditions

La supraconductivité non-conventionnelle a récemment été observée à proximité d'un point critique induit sous pression dans CePt₂In₇ et dans FeSe. Le premier est un fermion lourd tandis que le deuxième fait parti de la famille des supraconducteurs à base de Fer. Cette thèse a pour objectif de contribuer à la compréhension de ces systèmes à électrons fortement corrélés en étudiant les évolutions des structures cristallographiques et magnétiques, ainsi que les surfaces de Fermi sous conditions extrêmes.Tout d'abord, nous présentons une étude de diffraction de neutrons dans la phase magnétique de CePt₂In₇. Une seule structure magnétique, avec comme vecteur de propagation Q = (0.5,0.5,0.5) et 0.45~μB par atome de Cérium à 2 K, a été détectée en dessous de T_N = 5.5 K.Ensuite, des mesures de torque sous champ pulsé de CePt₂In₇ ne montrent aucun changement des surfaces de Fermi jusqu'à 70 T, bien au-dessus du point critique quantique induit sous champ, attendu à 55-60 T selon la littérature. Cependant, ces mesures révèlent une claire anomalie métamagnétique à 47 T, très peu dépendante de la température et de l'orientation du champ ainsi qu'une chute des masses effectives vers 50 T. Nous suggérons que ces deux derniers éléments sont la manifestation d'un changement de valence des atomes de Ce de l'ordre de 0.06 électron par atomes de Cérium.L'étude des surfaces de Fermi de CePt₂In₇ sous pression a nécessité un développement instrumental à partir d'un circuit résonant à base d'une diode tunnel, combinée avec une cellule de pression de type Bridgman. Nous montrons qu'il est tout à fait possible de sonder les surfaces de Fermi à la fois sous champ magnétique et sous pression avec cette technique. Cependant, la fragilité du système résonnant nous amène à considérer des améliorations en vue de fiabiliser la mesure.Enfin, nous analysons une expérience de diffraction de rayons X sur un échantillon de FeSe sous pression hydrostatique. A 20 K, nous quantifions un durcissement de l'axe cristallographique c qui s'opère à 1.9 GPa. A 50 K, outre le passage d'une maille orthorhombique à tétragonale à 1 GPa, nous mettons en évidence qu'une symétrie monoclinique s'installe à partir de 2 GPa, où, selon la littérature, une phase antiferromagnétique apparaît.Unconventional superconductivity was recently observed in the vicinity of a pressure-induced quantum critical point in CePt₂In₇ and FeSe. The former is a heavy fermion compound, while the latter is an iron-based superconductor. This PhD thesis aims at improving our understanding of the physics of these newly discovered strongly correlated electron systems. This is achieved by experimental investigation of the evolution of crystal and magnetic structures, as well as of the Fermi surfaces under extreme conditions of high magnetic fields, high pressure, and low temperatures.We have investigated the magnetic structure of CePt₂In₇ by neutron diffraction. We observed only one magnetic propagation vector Q = (0.5, 0.5, 0.5) below T_N = 5.5 K. The magnetic moment is estimated at 0.45~μB per cerium atom at 2 K. Our torque measurements on CePt₂In₇ in pulsed fields suggest that the Fermi surfaces remain unchanged up to 70 T. This is well above the field-induced quantum critical point, which is expected to occur at 55-60 T according to previous studies. However, a clear metamagnetic-like anomaly is found at 47 T. The anomaly is almost temperature and field-angle independent. Furthermore, a sudden drop of the effective mass is observed at about the same field. We suggest that the last two observations are most naturally accounted for by a valence crossover, where the cerium valence changes by about 0.06, the order of magnitude expected in Ce-based compounds.In order to study the Fermi surfaces of CePt₂In₇ under pressure, we developed a tunnel diode oscillator combined with a Bridgman-type pressure cell. We have demonstrated that this set-up is suitable for measuring quantum oscillations both at high magnetic fields and under high pressure. However, the working conditions of the oscillator have to be improved in order to obtain a more reliable system.Finally, we performed an X-ray diffraction experiment on FeSe under hydrostatic pressure. At 20 K, we found a change of the bulk modulus along the c axis at 1.9 GPa. At 50 K, the orthorhombic to tetragonal crystallographic phase transition occurs at 1 GPa. We found evidences that this is followed by the emergence of a monoclinic symmetry above 2 GPa, where an antiferromagnetic phase was previously reported

Etudes de FeSe et CePt2In7 sous conditions extrêmes

Unconventional superconductivity was recently observed in the vicinity of a pressure-induced quantum critical point in CePt₂In₇ and FeSe. The former is a heavy fermion compound, while the latter is an iron-based superconductor. This PhD thesis aims at improving our understanding of the physics of these newly discovered strongly correlated electron systems. This is achieved by experimental investigation of the evolution of crystal and magnetic structures, as well as of the Fermi surfaces under extreme conditions of high magnetic fields, high pressure, and low temperatures.We have investigated the magnetic structure of CePt₂In₇ by neutron diffraction. We observed only one magnetic propagation vector Q = (0.5, 0.5, 0.5) below T_N = 5.5 K. The magnetic moment is estimated at 0.45~μB per cerium atom at 2 K. Our torque measurements on CePt₂In₇ in pulsed fields suggest that the Fermi surfaces remain unchanged up to 70 T. This is well above the field-induced quantum critical point, which is expected to occur at 55-60 T according to previous studies. However, a clear metamagnetic-like anomaly is found at 47 T. The anomaly is almost temperature and field-angle independent. Furthermore, a sudden drop of the effective mass is observed at about the same field. We suggest that the last two observations are most naturally accounted for by a valence crossover, where the cerium valence changes by about 0.06, the order of magnitude expected in Ce-based compounds.In order to study the Fermi surfaces of CePt₂In₇ under pressure, we developed a tunnel diode oscillator combined with a Bridgman-type pressure cell. We have demonstrated that this set-up is suitable for measuring quantum oscillations both at high magnetic fields and under high pressure. However, the working conditions of the oscillator have to be improved in order to obtain a more reliable system.Finally, we performed an X-ray diffraction experiment on FeSe under hydrostatic pressure. At 20 K, we found a change of the bulk modulus along the c axis at 1.9 GPa. At 50 K, the orthorhombic to tetragonal crystallographic phase transition occurs at 1 GPa. We found evidences that this is followed by the emergence of a monoclinic symmetry above 2 GPa, where an antiferromagnetic phase was previously reported.La supraconductivité non-conventionnelle a récemment été observée à proximité d'un point critique induit sous pression dans CePt₂In₇ et dans FeSe. Le premier est un fermion lourd tandis que le deuxième fait parti de la famille des supraconducteurs à base de Fer. Cette thèse a pour objectif de contribuer à la compréhension de ces systèmes à électrons fortement corrélés en étudiant les évolutions des structures cristallographiques et magnétiques, ainsi que les surfaces de Fermi sous conditions extrêmes.Tout d'abord, nous présentons une étude de diffraction de neutrons dans la phase magnétique de CePt₂In₇. Une seule structure magnétique, avec comme vecteur de propagation Q = (0.5,0.5,0.5) et 0.45~μB par atome de Cérium à 2 K, a été détectée en dessous de T_N = 5.5 K.Ensuite, des mesures de torque sous champ pulsé de CePt₂In₇ ne montrent aucun changement des surfaces de Fermi jusqu'à 70 T, bien au-dessus du point critique quantique induit sous champ, attendu à 55-60 T selon la littérature. Cependant, ces mesures révèlent une claire anomalie métamagnétique à 47 T, très peu dépendante de la température et de l'orientation du champ ainsi qu'une chute des masses effectives vers 50 T. Nous suggérons que ces deux derniers éléments sont la manifestation d'un changement de valence des atomes de Ce de l'ordre de 0.06 électron par atomes de Cérium.L'étude des surfaces de Fermi de CePt₂In₇ sous pression a nécessité un développement instrumental à partir d'un circuit résonant à base d'une diode tunnel, combinée avec une cellule de pression de type Bridgman. Nous montrons qu'il est tout à fait possible de sonder les surfaces de Fermi à la fois sous champ magnétique et sous pression avec cette technique. Cependant, la fragilité du système résonnant nous amène à considérer des améliorations en vue de fiabiliser la mesure.Enfin, nous analysons une expérience de diffraction de rayons X sur un échantillon de FeSe sous pression hydrostatique. A 20 K, nous quantifions un durcissement de l'axe cristallographique c qui s'opère à 1.9 GPa. A 50 K, outre le passage d'une maille orthorhombique à tétragonale à 1 GPa, nous mettons en évidence qu'une symétrie monoclinique s'installe à partir de 2 GPa, où, selon la littérature, une phase antiferromagnétique apparaît

Determination of the magnetic structure of CePt 2 In 7 by means of neutron diffraction

International audienceThe magnetic structure of the heavy fermion antiferromagnet CePt 2 In 7 is determined using neutron diffraction. We find a magnetic wave vector q M = (1/2,1/2,1/2), which is temperature independent up to T N = 5.5 K. A staggered moment of 0.45(1)μ B at 2 K resides on the Ce ion. The nearest-neighbor moments in the tetragonal basal plane are aligned antiferromagnetically. The moments rotate by 90 • from one CeIn 3 plane to another along the c axis. A much weaker satellite peak with an incommensurate magnetic wave vector q M = (1/2,1/2,0.47) seems to develop at low temperature. However, the experimental data available so far are not sufficient to draw a definitive conclusion about the possible coexistence of commensurate and incommensurate magnetic structures in this material

Aluminum nuclear demagnetization refrigerator for powerful continuous cooling

Many laboratories routinely cool samples to 10 mK, but relatively few can cool condensed matter below 1 mK. Easy access to the microkelvin range would propel fields such as quantum sensors and quantum materials. Such temperatures are achieved with adiabatic nuclear demagnetization. Existing nuclear demagnetization refrigerators (NDR) are "single-shot", and the recycling time is incompatible with proposed sub-mK experiments. Furthermore, a high cooling power is required to overcome the excess heat load of order nW on NDR pre-cooled by cryogen-free dilution refrigerators. We report the performance of an aluminum NDR designed for powerful cooling when part of a dual stage continuous NDR (CNDR). Its thermal resistance is minimized to maximize the cycling rate of the CNDR and consequently its cooling power. At the same time, its susceptibility to eddy current heating is minimized. A CNDR based on two of the aluminum NDR presented here would have a cooling power of approximately 40 nW at 560 $\mu$K