Thermoélectricité des composés fortement corrélés sous conditions extrêmes

Thermopower is a technique whose importance is related to the possibility of directly measuring electronic properties of the systems, as it is sensitive to the derivative of the density of states. In this work, the low temperature regime of strongly correlated electron systems has been studied using this technique. For that, a new pressure-field thermopower device was developed, and used, to determine (T,P,H) phase diagrams of the itinerant ferromagnets UCoAl and UGe2, and of the weak antiferromagnet CeRh2Si2. For example, in the case of UCoAl, this same technique was used to analyze the metamagnetic transition from paramagnetic (PM) to ferromagnetic (FM) phases and to study its evolution towards the quantum critical end point. The existence of exotic magnetic excitations in the ground state and around the critical end point were also evidenced. On the compound CeRh2Si2, the suppression of the antiferromagnetic (AF) order by magnetic fields and pressures was explored. A strong change of the Fermi surface at Hc, the field at which the suppression of the AF into the paramagnetic polarized (PPM) phase, was observed. We show that under pressure, the magnetic fluctuations around the critical pressure Pc masked the Fermi surface reconstruction of the AF phase into the PM phase. The analysis of the (T,P,H) phase diagram revealed that the non-ordered phases of this compound (PM and PPM) are different, therefore pressure and field behave as different suppressor mechanisms. In the UGe2 compound, the analysis of its Fermi surface by thermopower quantum oscillations was performed as a last example of the utility and of the importance of this technique. To the best of the author knowledge, this is the first time that this technique was used in heavy fermion systems. A comparison to traditional probes such as de Haas-van Alphen and Shubnikov–de Haas effects was done. We observed a good agreement between them and we explain the advantages and the disadvantages of thermopower quantum oscillations technique over the traditional probes.Cette thèse porte sous l'étude sous conditions extrêmes (basse température, fort champ magnétique et haute pression) des composés fortement corrélés du type fermions lourds. Trois composés ont été analysés UCoAl, UGe2 et CeRh2Si2, en utilisant principalement de mesures thermoélectriques; une technique récente et très sensible dans le domaine des fermions lourds. À cette fin, de nouvelles dispositives de mesures de pouvoir thermoélectricité sous pression ont été développés au cours de cette thèse.Concernant le composé d'UCoAl, notre étude a permis d'analyser précisément la transition metamagnétique, induite par le champ magnétique, entre la phase paramagnétique (PM) et la phase ferromagnétique (FM) ainsi que, son évolution sous pression. Ainsi, nos mesures ont permis de compléter le diagramme de phase (T,P,H) et notamment, de mettre en évidence la structure magnétique originale qui apparaît sous pression en forme de "wings" pas des mesures thermoélectriques. Une fine analyse de la surface de Fermi de la phase FM2 d'UGe2 a été réalisée grace à l'observation des oscillations quantiques du pouvoir thermoélectrique. Les résultats obtenues ont été comparés aux études conventionnelles des oscillations quantiques comme de "de Haas-van Alphen" (dHvA) et de "Suhbnikov-de Hass" (SdH) effets. Une très bonne accord entre les trois techniques a été constatée. % et montre les avantages d'utilisation des mesures du pouvoir thermoélectrique pour analyser les paramètres microscopiques des fermions lourds.% Les inconvénients de cette technique sont aussi présentés. Finalement, dans le système CeRh2Si2, la suppression du domaine antiferromagnétique (AF) sous champ magnétique Hc ∼ 26T et sous pression P∼1GPa a été étudiée. Un très fort changement de la surface de Fermi à Hc correspondant à la transition de l'ordre AF vers une phase paramagnétique polarisée (PPM), a été observé. Sous pression, des fluctuations magnétiques et une reconstruction de la surface de Fermi apparaissent autour de Pc. Ces fluctuations cachent la nature de la suppression de l'ordre AF vers un ordre paramagnétique (PM). L'étude du diagramme de phase (T,H,P) révèle que les phases PM et PPM sont différentes, cependant des points en commun demeurent

Thermoélectricité des composés fortement corrélés sous conditions extrêmes

Thermopower is a technique whose importance is related to the possibility of directly measuring electronic properties of the systems, as it is sensitive to the derivative of the density of states. In this work, the low temperature regime of strongly correlated electron systems has been studied using this technique. For that, a new pressure-field thermopower device was developed, and used, to determine (T,P,H) phase diagrams of the itinerant ferromagnets UCoAl and UGe2, and of the weak antiferromagnet CeRh2Si2. For example, in the case of UCoAl, this same technique was used to analyze the metamagnetic transition from paramagnetic (PM) to ferromagnetic (FM) phases and to study its evolution towards the quantum critical end point. The existence of exotic magnetic excitations in the ground state and around the critical end point were also evidenced. On the compound CeRh2Si2, the suppression of the antiferromagnetic (AF) order by magnetic fields and pressures was explored. A strong change of the Fermi surface at Hc, the field at which the suppression of the AF into the paramagnetic polarized (PPM) phase, was observed. We show that under pressure, the magnetic fluctuations around the critical pressure Pc masked the Fermi surface reconstruction of the AF phase into the PM phase. The analysis of the (T,P,H) phase diagram revealed that the non-ordered phases of this compound (PM and PPM) are different, therefore pressure and field behave as different suppressor mechanisms. In the UGe2 compound, the analysis of its Fermi surface by thermopower quantum oscillations was performed as a last example of the utility and of the importance of this technique. To the best of the author knowledge, this is the first time that this technique was used in heavy fermion systems. A comparison to traditional probes such as de Haas-van Alphen and Shubnikov–de Haas effects was done. We observed a good agreement between them and we explain the advantages and the disadvantages of thermopower quantum oscillations technique over the traditional probes.Cette thèse porte sous l'étude sous conditions extrêmes (basse température, fort champ magnétique et haute pression) des composés fortement corrélés du type fermions lourds. Trois composés ont été analysés UCoAl, UGe2 et CeRh2Si2, en utilisant principalement de mesures thermoélectriques; une technique récente et très sensible dans le domaine des fermions lourds. À cette fin, de nouvelles dispositives de mesures de pouvoir thermoélectricité sous pression ont été développés au cours de cette thèse.Concernant le composé d'UCoAl, notre étude a permis d'analyser précisément la transition metamagnétique, induite par le champ magnétique, entre la phase paramagnétique (PM) et la phase ferromagnétique (FM) ainsi que, son évolution sous pression. Ainsi, nos mesures ont permis de compléter le diagramme de phase (T,P,H) et notamment, de mettre en évidence la structure magnétique originale qui apparaît sous pression en forme de "wings" pas des mesures thermoélectriques. Une fine analyse de la surface de Fermi de la phase FM2 d'UGe2 a été réalisée grace à l'observation des oscillations quantiques du pouvoir thermoélectrique. Les résultats obtenues ont été comparés aux études conventionnelles des oscillations quantiques comme de "de Haas-van Alphen" (dHvA) et de "Suhbnikov-de Hass" (SdH) effets. Une très bonne accord entre les trois techniques a été constatée. % et montre les avantages d'utilisation des mesures du pouvoir thermoélectrique pour analyser les paramètres microscopiques des fermions lourds.% Les inconvénients de cette technique sont aussi présentés. Finalement, dans le système CeRh2Si2, la suppression du domaine antiferromagnétique (AF) sous champ magnétique Hc ∼ 26T et sous pression P∼1GPa a été étudiée. Un très fort changement de la surface de Fermi à Hc correspondant à la transition de l'ordre AF vers une phase paramagnétique polarisée (PPM), a été observé. Sous pression, des fluctuations magnétiques et une reconstruction de la surface de Fermi apparaissent autour de Pc. Ces fluctuations cachent la nature de la suppression de l'ordre AF vers un ordre paramagnétique (PM). L'étude du diagramme de phase (T,H,P) révèle que les phases PM et PPM sont différentes, cependant des points en commun demeurent

Atomic-Scale Interface Engineering of Majorana Edge Modes in a 2D Magnet-Superconductor Hybrid System

Topological superconductors are predicted to harbor exotic boundary states - Majorana zero-energy modes - whose non-Abelian braiding statistics present a new paradigm for the realization of topological quantum computing. Using low-temperature scanning tunneling spectroscopy (STS), we here report on the direct real-space visualization of chiral Majorana edge states in a monolayer topological superconductor, a prototypical magnet-superconductor hybrid system comprised of nano-scale Fe islands of monoatomic height on a Re(0001)-O(2$\times$1) surface. In particular, we demonstrate that interface engineering by an atomically thin oxide layer is crucial for driving the hybrid system into a topologically non-trivial state as confirmed by theoretical calculations of the topological invariant, the Chern number.Comment: 26 pages, 9 figure

Centros de escritura universitarios: una estrategia para la permanencia estudiantil

PublishedLas universidades colombianas han sido precursoras en la creación de centros y programas de escritura en Latinoamérica, así como en la producción y difusión de estudios sobre su labor. No es casual, entonces, que la iniciativa para la publicación de un nuevo libro haya surgido en el ámbito académico colombiano. Gracias a la convocatoria del Centro de Escritura, Lectura y Oralidad Académica de la Universidad Santiago de Cali (CELOA) nació Centros de escritura universitarios: Una estrategia para la permanencia estudiantil, un libro que reúne investigaciones llevadas a cabo por cinco centros de escritura de universidades colombianas. El título se nutre de la experiencia y de los trabajos de investigadores que desde hace décadas vienen aportando y reflexionando sobre la importancia de la escritura y la lectura para la construcción del saber y la comunicación de ideas. Entre las contribuciones más citadas por los autores de los capítulos se encuentran las de Paula Carlino, quien en su libro Escribir, leer y aprender en la universidad (Fondo de Cultura Económica, 2005) introdujo el concepto de “alfabetización académica”, que ha sido fundamental para desarrollar prácticas y profundizar en los estudios sobre la enseñanza terciaria

Thermoelectricity of strongly correlated compounds under extreme conditions

Cette thèse porte sous l'étude sous conditions extrêmes (basse température, fort champ magnétique et haute pression) des composés fortement corrélés du type fermions lourds. Trois composés ont été analysés UCoAl, UGe2 et CeRh2Si2, en utilisant principalement de mesures thermoélectriques; une technique récente et très sensible dans le domaine des fermions lourds. À cette fin, de nouvelles dispositives de mesures de pouvoir thermoélectricité sous pression ont été développés au cours de cette thèse.Concernant le composé d'UCoAl, notre étude a permis d'analyser précisément la transition metamagnétique, induite par le champ magnétique, entre la phase paramagnétique (PM) et la phase ferromagnétique (FM) ainsi que, son évolution sous pression. Ainsi, nos mesures ont permis de compléter le diagramme de phase (T,P,H) et notamment, de mettre en évidence la structure magnétique originale qui apparaît sous pression en forme de "wings" pas des mesures thermoélectriques. Une fine analyse de la surface de Fermi de la phase FM2 d'UGe2 a été réalisée grace à l'observation des oscillations quantiques du pouvoir thermoélectrique. Les résultats obtenues ont été comparés aux études conventionnelles des oscillations quantiques comme de "de Haas-van Alphen" (dHvA) et de "Suhbnikov-de Hass" (SdH) effets. Une très bonne accord entre les trois techniques a été constatée. % et montre les avantages d'utilisation des mesures du pouvoir thermoélectrique pour analyser les paramètres microscopiques des fermions lourds.% Les inconvénients de cette technique sont aussi présentés. Finalement, dans le système CeRh2Si2, la suppression du domaine antiferromagnétique (AF) sous champ magnétique Hc ∼ 26T et sous pression P∼1GPa a été étudiée. Un très fort changement de la surface de Fermi à Hc correspondant à la transition de l'ordre AF vers une phase paramagnétique polarisée (PPM), a été observé. Sous pression, des fluctuations magnétiques et une reconstruction de la surface de Fermi apparaissent autour de Pc. Ces fluctuations cachent la nature de la suppression de l'ordre AF vers un ordre paramagnétique (PM). L'étude du diagramme de phase (T,H,P) révèle que les phases PM et PPM sont différentes, cependant des points en commun demeurent.Thermopower is a technique whose importance is related to the possibility of directly measuring electronic properties of the systems, as it is sensitive to the derivative of the density of states. In this work, the low temperature regime of strongly correlated electron systems has been studied using this technique. For that, a new pressure-field thermopower device was developed, and used, to determine (T,P,H) phase diagrams of the itinerant ferromagnets UCoAl and UGe2, and of the weak antiferromagnet CeRh2Si2. For example, in the case of UCoAl, this same technique was used to analyze the metamagnetic transition from paramagnetic (PM) to ferromagnetic (FM) phases and to study its evolution towards the quantum critical end point. The existence of exotic magnetic excitations in the ground state and around the critical end point were also evidenced. On the compound CeRh2Si2, the suppression of the antiferromagnetic (AF) order by magnetic fields and pressures was explored. A strong change of the Fermi surface at Hc, the field at which the suppression of the AF into the paramagnetic polarized (PPM) phase, was observed. We show that under pressure, the magnetic fluctuations around the critical pressure Pc masked the Fermi surface reconstruction of the AF phase into the PM phase. The analysis of the (T,P,H) phase diagram revealed that the non-ordered phases of this compound (PM and PPM) are different, therefore pressure and field behave as different suppressor mechanisms. In the UGe2 compound, the analysis of its Fermi surface by thermopower quantum oscillations was performed as a last example of the utility and of the importance of this technique. To the best of the author knowledge, this is the first time that this technique was used in heavy fermion systems. A comparison to traditional probes such as de Haas-van Alphen and Shubnikov–de Haas effects was done. We observed a good agreement between them and we explain the advantages and the disadvantages of thermopower quantum oscillations technique over the traditional probes

Non-Fermi-liquid nature and exotic thermoelectric power in the heavy-fermion superconductor UBe13

International audienceWe report quite exotic thermoelectric power S in UBe13. At 0 T, the negative S/T continues to strongly enhance down to the superconducting transition temperature with no Fermi-liquid behavior. vertical bar S/T vertical bar is dramatically suppressed and becomes rather modest with increasing field. We have also obtained precise field dependencies of (i) an anomaly in S due to an exotic Kondo effect and (ii) a field-induced anomaly in S/T associated with the anomalous upward H-c2(T). In contrast to the field-sensitive transport property, the normal-state specific heat is magnetically robust, indicating that the largeness of the 5f density of states remains in high fields. This unusual behavior in UBe13 can be explained by a considerable change in the energy derivative of the conduction-electron lifetime tau(c)(epsilon) at the Fermi level under magnetic fields

Microscopic Magnetic Properties of the Itinerant Metamagnet UCoAl by X-ray Magnetic Circular Dichroism

International audienc

Surface phase nucleation of lead monoatomic layers on Si(111) Induced by manganese phthalocyanine molecules

Hybrid interfaces where organic molecules are adsorbed on metallic substrates are very interesting to understand the fundamental interactions that might modify the chemical-physical properties of molecules or substrate. Here, we explore the adsorption of manganese phthalocyanines (MnPcs) on different structural phases of a Pb monatomic layer, namely, the √7 × √3-Pb and the striped incommensurate phase (SIC-Pb) phase, grown on Si(111). Surprisingly, the deposition of a minute amount of MnPc molecules (∼0.18 molecules/100 nm2) nucleates a macroscopic structural transition of the √7 × √3-Pb phase into the SIC-Pb phase. Our combined scanning tunneling microscopy, low-energy electron diffraction, and density functional theory study revealed that the mechanism behind this surface transformation is related to a strong and local molecule-substrate interaction. The structural phase transition is finally driven by the strained nature of the Pb phases and the energetic stability of the MnPc/SIC-Pb/Si(111) system with respect to the MnPc/√7 × √3-Pb/Si(111) one. The molecule-substrate interaction found in the present study is stronger than the one observed on Pb(111) bulk or thin films, highlighting the implication of the Pb/Si(111) interface in the interaction process. Hence, our results reveal that playing with the substrate dimensionality to tune the molecule-substrate coupling has strong impact on the electronic/magnetic properties of organic hybrid systems.We gratefully acknowledge F. Thibout (Kastler Brossel Laboratory) for the realization of the glass crucibles used during the experiments of this study. N.L. gratefully acknowledges financial support from the Spanish MICINN (project RTI2018-097895-B-C44) and FEDER funds. N.W. gratefully acknowledges the financial support of Labex Matisse and Investissement d’Avenir. C.B. gratefully acknowledges financial support from the French ANR Rodesis (project ANR-16-CE30-0011-01). The computational work was granted access to the HPC resources of GENCI (TGCC and CINES) under Grant No. A0050807364