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Romane Schick

Ordre induit par les fluctuations quantiques dans les aimants frustrés antiferromagnétiques : nouvelles perspectives apportées par la théorie des ondes de spin

Publié le 29 juin 2022
Thèse soutenue le 29 juin 2022 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique Théorique

Résumé :
La dégénerescence des aimants frustrés les rend hautement sensibles aux fluctuations. Il arrive que les fluctuations quantiques de point zéro, ou une contribution entropique, sélectionnent certaines structures de spin parmi l'ensemble des états fondamentaux classiques dégénérés. On appelle ce phénomène ordre induit du désordre (OID). Dans cette thèse de doctorat, nous étudions diverses manifestations d'OID au sein de systèmes de spins frustrés quantiques en utilisant la théorie des ondes de spin.
En premier lieu, nous étudions les plateaux de magnétisation fractionnels - une caractéristique emblématique des des aimants frustrés - dans les réseaux kagomé et pyrochlore antiferromagnétiques. Pour les deux systèmes, nous calculons des courbes de magnétisation complètes qui nous permettent de prédire un plateau fractionnel étendu, à l'aide de l'approximation harmonique seulement. La largeur de plateau ainsi prédite est en bon accord avec les données numériques préexistantes pour le réseau de kagomé.
Dans la seconde partie de la thèse, nous nous penchons sur la sélection de l'état fondamental dans les antiferro-aimants de réseau cubique à faces centrées. La dégénérescence classique est levée au niveau harmonique de la théorie des ondes de spin et un état est sélectionné à température nulle. Étonnamment, à basse température, la population thermique des magnons de basse énergie donne lieu à une sélection différente. Afin de complémenter cette étude, nous allons à l'ordre supérieur dans la théorie des ondes de spin, et incluons les effets des interactions entre magnons de manière auto-cohérente. Nous trouvons que l'état fondamental sélectionné à température nulle est différent de ce qui était trouvé par l'approximation harmonique, même pour des grands spins. Ce problème illustre joliment la subtilité du mécanisme d'OID dans les aimants hautement frustrés, et démontre également l'efficacité de la théorie des ondes de spin.

Jury :
Rapporteur : Dmitry Kovrizhin
Rapporteur : Tommaso Roscilde
Examinateur : Andreas Honecker
Examinateur : Elsa Lhotel
Examinateur : Arnaud Ralko
Directeur de thèse : Mike Zhitomirsky
Co-directeur de thèse : Timothy Ziman

Mots clés :
Ordre induit du désordre, Magnétisme frustré, Réseau cdc, plateaux de magnétisation, Théorie des ondes de spin, Quantique