rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Supraconductivité, antiferromagnétisme
et nouveaux états de la matière dans les matériaux corrélés
Chercheurs : André-Marie Tremblay et David Sénéchal
Collaborateurs : Gabi Kotliar (Rutgers); Anne-Marie Daré, Gilbert Albinet et Laurent Raymond (Marseille)
Étudiants : Louis-François Arsenault, Dominic Bergeron et Dominique Chassé
Contact : André-Marie Tremblay; tremblay@physique.usherbrooke.ca; www.physique.usherbrooke.ca/tremblay
Les composés contenant des oxydes métalliques peuvent manifester des propriétés magnétiques et
supraconductrices spectaculaires, telle la supraconductivité au-dessus de la température de l’azote
liquide. Déjà les aimants les plus puissants sur terre sont faits de supraconducteurs, de même que
les détecteurs de champ magnétique les plus sensibles. Mais pour réaliser le plein potentiel de ces
matériaux prometteurs, il est nécessaire de développer de nouvelles méthodes théoriques, c’est-àdire
des simulations par ordinateur et une compréhension mathématique des lois de la mécanique
quantique qui mènent à ces propriétés. Dans ce programme de recherche, nous appliquons et
développons de nouveaux outils théoriques pour comprendre et prédire les propriétés de cette classe
de composés qui remettent en cause les approches traditionnelles.
Un des axes de recherche majeurs concerne les supraconducteurs
à haute température (T C). Une des raisons qui nous motivent
c’est qu’ils peuvent être modélisés par le modèle phare
des électrons corrélés sur un réseau cristallin, le modèle de
Hubbard à une bande. Résoudre ce problème pour les cuprates
ouvrirait la porte vers la solution de cas beaucoup plus compliqués
où se manifestent les interactions à plus longue portée
ainsi que multi-bandes, tel les cobaltates, les vanadates et les
matériaux à magnétorésistance colossale. Les supraconducteurs
à haute T C sont un exemple spectaculaire, bien que pas
le seul, de matériaux corrélés dont la compréhension requière
de nouvelles approches, au-delà de la physique du solide traditionnelle.
Les fermions lourds, les matériaux à magnétorésistance
colossale et les supraconducteurs organiques font partie
de la liste. Utilisant de nouvelles méthodes de simulations,
nous avons déjà obtenu des diagrammes de phase génériques
pour les cuprates et pour les matériaux organiques en couche
où se manifeste la compétition avec l’antiferromagnétisme, les
liquides de spin et qui sont en accord remarquable avec l’expérience.
La figure illustre d’autres types de résultats.
des indications sur le mécanisme de la supraconductivité de
type d. Nous travaillons aussi à déterminer les propriétés de
la phase pseudogap.
Transport : Pour faire contact avec l’expérience, beaucoup
de travail doit encore être fait pour développer des méthodes
appropriées pour comprendre le transport. Nous approchons
ce problème avec la méthode auto-cohérente à deux particules
que nous avons développée. Nous planifions aussi des
études basées sur les approches dites « d’amas quantiques ».
Nouvelles directions : Les atomes froids dans les réseaux
optiques offrent la possibilité de contrôler l’Hamiltonien microscopique
et donc d’agir comme modèle pour les systèmes de
matière condensée. Nous avons récemment prédit l’apparition
de nouvelles phases supersolides sur le réseau triangulaire
bi-dimensionnel.
Nous débutons un programme d’études d’interfaces de
matériaux fortement corrélés. Ceux-ci sont importants pour
les applications aux dispositifs et aussi pour des études
fondamentales de nouvelles interfaces de la matière. De
nouveaux collaborateurs du RQMP se joindront au projet :
Claude Bourbonnais, René Côté et A. Blais.
Infrastructure : Pour les calculs numériques, nous utilisons
des grappes d’ordinateurs locales en plus des superordinateurs
du RQCHP
Comparaison de la section efficace de la photoémission en fonction du vecteur
d’onde, calculée (gauche) et expérimentale (droite) d’un supraconducteur
haute T c .
Diagrammes de phase : Nous travaillons présentement sur
le diagramme de phase généralisé des supraconducteurs à
haute T C pour trouver la dépendance complète sur le remplissage,
la force de l’interaction et la frustration afin d’obtenir
Références
• “Interaction-Induced Adiabatic Cooling for Antiferromag-netism in Optical
Lattices”, A.-M. Daré, L. Raymond, G. Albinet et A.-M.S. Tremblay,
Phys. Rev. B 76, 064402 (2007).
• “Mott Transition, Antiferromagnetism, and d-wave Super-conductivity in
Two-Dimensional Organic Conductors”, B. Kyung et A.-M.S. Tremblay,
Phys. Rev. Lett. 97, 046402 (2006).
• “Pseudogap and high-temperature superconductivity from weak to strong
coupling. Toward quantitative theory.”, A.-M.S. Tremblay, B. Kyung et D. Sénéchal,
Low Temperature Physics 32, 561 (2006).
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