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Magnétisme avancé

Syllabus (cours de 60 minutes)
Magnétisme avancé
Julien Robert

 

Une grande majorité des systèmes magnétiques s’ordonne à longue portée à température finie, stabilisant par exemples les états bien connus ferro- ou antiferromagnétiques de Néel. Toutefois, dans certains cas, la dimension ou la géométrie du réseau empêche l’apparition de tels états au profit d’états magnétiques « désordonnés », éventuellement caractérisés par une entropie par spin finie à température nulle (dégénérescence de l’état fondamental). Tout l’intérêt et la subtilité de ces systèmes résident dans la caractérisation de ce « désordre organisé », présentant souvent une structuration non triviale des corrélations : symétrie brisée dans l(es)’ état(s) fondamental(aux) ? présence d’un paramètre d’ordre sous-jacent (ordres nématiques, multipolaires, etc.) ? étendue des corrélations (divergence de la longueur de corrélation ou portée finie) ? Au cours des deux dernières décennies, l’apparition constante de nouveaux matériaux a permis la mise en évidence et la caractérisation d’états présentant ce genre de propriétés, tels que les liquides et glaces de spins, ou de faire apparaître des phénomènes inhabituels tels que l’ordre par le désordre.
 
L’objectif de cette présentation est de donner un bref aperçu des effets originaux que peut engendrer la géométrie et/ou la dimension d’un réseau d’atomes magnétiques. Je me concentrerai principalement (mais pas seulement) sur les aspects géométriques de la frustration, en tentant de montrer comment cette compétition d’interactions se manifeste en fonction des paramètres intrinsèques du système considéré (dimension du spin : anisotropie axiale, planaire, isotrope ; taille du spin : classique vs quantique ; dimension du réseau ; type et anisotropie des interactions entre spins, etc.). Les aspects à la fois statiques (arrangements et corrélations magnétiques) et dynamiques (excitations élémentaires qui en émergent : modes mous, excitations fractionnaires, spinons, monopoles, etc.) seront abordés.
  1. Concepts et ingrédients de base
    compétitions d’interaction, notion de dégénérescence, quelques exemples de réseaux frustrés, degré de frustration d’un système, faits expérimentaux, etc.

  2. Rôle des fluctuations thermiques et quantiques
    ordre par le désordre (sélection entropique, fluctuations de point zero)

  3. Exemples d’états magnétiques exotiques (et leurs excitations élémentaires)
     aspects classiques : liquides et glace de spin, contraintes locales, phases de coulomb 
    aspects quantiques : notion d’intrication, liquides et cristaux quantiques

  4. Les sondes expérimentales du magnétisme frustré

 

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