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Programme

 

  1. Outils de base : cours de mise à niveau facultatifs

  2. Concepts fondamentaux

  3. Cours avancés : Focuss

  4. Techniques d’investigation de la matière

  5. Exposés d’ouverture


  6. Visites de labos

 

 

 

 

Introduction au langage de la seconde quantification

Syllabus (cours de mise à niveau de 60 minutes)
Introduction au langage de la seconde quantification
Brigitte Leridon

Ce cours est une introduction au langage de la seconde quantification pour les fermions. Il se propose de donner les outils de calcul nécessaires à la compréhension de la théorie BCS.

Théorie des groupes

Syllabus (cours de mise à niveau de 180 minutes)
Notions de base de théorie des groupes et des representations linéaires des groupes finis
Benjamin Canals

L’objectif de ce cours est d’introduire à la structure algébrique des groupes, en faisant le lien avec la notion de symétrie en physique. Ce lien sera notamment abordé dans le cadre des representations linéaires des groupes finis. Il s’agit d’une contribution élémentaire et les pré-requis sont largement couverts par le niveau de la Licence Universitaire (L3).
Le plan ci-après se propose d’être un peu plus spécifique (mais pas contractuel…).

  1. Introduction à la théorie des groupes
    • Structure grossière
    • Structure fine
    • Correspondances entre groupes
    • Operations d’un groupe sur un espace
  2. Introduction aux représentations linéaires des groupes finis
    • Introduction (intuition et principes)
    • Représentations, symétries et quelques remarques physiques
    • Structure des représentations
    • Constructions ad-hoc et propriétés algébriques
    • Retour à la physique

 

Calculs ab initio pour les nuls

Syllabus (cours de mise à niveau de 180 minutes)
Calculs ab initio pour les nuls (TP sur un code)
Marie-Bernadette Lepetit

Après une courte introduction aux calculs de structure électronique le cours sera sous forme de travaux pratiques sur ordinateur. Les particpants seront invités à faire des calculs simples à l’aide des codes CRYSTAL (bases atomiques gaussiannes) et/ou Quantum Expresso (bases d’ondes planes).

Il est nécessaire pour ce faire d’avoir un ordinateur portable avec un client ssh installé de manière à pouvoir se connecter sur le serveur de calculs où seront les logiciels.

Plus d’informations sur le site http://www.funix.org/fr/windows/ssh.htm

 

Plan du cours

  1. Approximation de Born-Oppenheimer

  2. Résoudre le problème électronique
    • Approximation à 1-e
    • Champ moyen (Hartree-Fock)
    • Fonctionelle de la densité

De l’atome à la structure de bande en passant par les interactions magnétiques

Syllabus (cours de 120 minutes)
De l’atome à la structure de bande en passant par les interactions magnétiques
Marie-Bernadette Lepetit

 

L’objectif de ce cours est de montrer comment l’on passe de la description d’un atome isolé à celle d’un crystal. On détaillera donc la manière dont la structure électronique d’un atome est modifiée par la présence des autres atomes du cristal, puis les interactions dominantes entre atomes. Enfin l’on verra comment l’on passe d’un atome à une structure de bande.

  1. Les fortes corrélations électroniques, qu’est ce que c’est ?

  2. L’atome dans son environnement
    1. Levée de dégénéréscence orbitalaire
      • La théorie de champs de ligands
      • Quelques exemples classique d’environnements
    2. Etat fondamental atomique
      • Les paramètres importants
      • Exemples
      • La distorsion de Jahn-Teller

  3. Interaction entre deux atomes
    1. Quels atomes/orbitales atomiques participent à la physique de basse énergie ?
    2. Différents termes du couplage
      • Quelles interactions effectives, quel contenu ?
      • Mécanismes de transfert
      • Mécanismes d’échange
    3. Influence de la géométrie
      • Systèmes non pontés
      • Systèmes pontés
    4. Couplage entre atomes à plusieurs couches ouvertes

  4. Le système infini
    1. La structure de bande
    2. Les ordres à longue portée

Des transitions de phases aux phénomènes critiques

Syllabus (cours de 120+60 minutes)
Des transitions de phases aux phénomènes critiques
Marc gabay

Les transitions de phase sont des transformations de la matière très communément observées dans la nature. Elles affectent des caractéristiques qui peuvent être aussi bien structurales qu’électriques, magnétiques, ou encore concerner les « écoulements » suprafluides, supraconducteurs. Les travaux pionniers de P. Curie, puis de L. Landau ont permis de comprendre que la zoologie des changements de phase pouvait en fait être structurée en familles très simples, identifiées par la perte d’une symétrie commune. A cette évolution est associée une grandeur thermodynamique extensive, le paramètre d’ordre. La description de la transition, en terme de cette quantité, s’applique à tous les membres d’une même famille (une classe d’universalité). On introduit alors les exposants critiques qui sont tels que leur valeur est identique au sein d’une classe donnée. En dépit de l’immense succès et de la richesse conceptuelle de cette approche, des déviations importantes aux prédictions de la théorie de Landau-Curie sont observées. La raison en est que celle-ci, dite approche de champ moyen, néglige les fluctuations critiques qui affectent des régions de la matière à une échelle de taille caractéristique (la longueur de corrélation), au voisinage de la transition. Lorsque celles-ci sont prises en compte par la méthode du groupe de renormalisation, on constate que les valeurs des exposants critiques s’écartent sensiblement de celles obtenues en champ moyen et que les potentiels thermodynamiques sont des fonctions homogènes de la longueur de corrélation (lois d’échelle). Un autre type de transition particulièrement important échappe à la classification de Landau-Curie : la transition Berezinskii-Kosterlitz-Thouless qui se produit à 2 dimensions d’espace, c’est-à-dire pour des films minces. Il s’agit dans ce cas d’une transformation qui affecte les défauts de la phase « ordonnée » (dislocations, disclinations, vortex,….). Nous nous attacherons à dégager les aspects essentiels de ces phénomènes.

References

  •  M. Héritier, « Physique de la Matière Condensée : des atomes froids aux supraconducteurs à haute température critique », EDP Sciences, Chap. 2-5.
  •  M. Le Bellac Des phénomènes critiques aux champs de jauge.
  •  P. Chaikin, T. Lubensky Principles of Condensed Matter Physics.

 

Plan du cours  

  1. Première partie
    • Classification zoologique d’Ehrenfest.
    • Concept de symétries brisées : symétrie rime (généralement) avec entropie.
    • Introduction d’un paramètre d’ordre.

  2. Deuxième partie
    • Champ moyen de Weiss.
    • Énergie libre de Landau au voisinage de Tc.

  3. Troisième partie
    • Paramètre d’ordre à 2 composantes (modèle XY), à 2 dimensions (2D) : fluctuations de grandes longueurs d’ondes. Quasi-ordre de phase.
    • Défauts topologiques : description heuristique de la transition Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT).

  4. Quatrième partie
    • Fluctuations au voisinage de Tc : longueur de corrélation.
    • Approche du groupe de renormalisation, points fixes.
    • Lois d’échelle pour le potentiel thermodynamique, exposants critiques.

La supraconductivité conventionnelle

Syllabus (cours de 120 minutes)
La supraconductivité conventionnelle
Brigitte Leridon

Ce cours propose une introduction à la supraconductivité à l’attention des non-spécialistes ou des débutants dans le domaine. Les principales propriétés des supraconducteurs seront décrites, ainsi que la théorie phénoménologique de Ginzburg et Landau. La théorie microscopique de Bardeen-Cooper-Schrieffer (théorie BCS) sera présentée. On définira ce qu’est la supraconductivité « conventionnelle » par opposition à la supraconductivité non-conventionnelle.

  1. Phénoménologie de la supraconductivité

  2. Théorie phénoménologique de Ginzburg et Landau
    • Equation de London
    • Supraconducteurs de type I ou II
  3. Théorie microscopique BCS
    • Mécanisme d’appariement-paires de Cooper
    • Etat fondamental, excitations, paramètre d’ordre, densité d’états...



Magnétisme

Syllabus (cours de 180 minutes)
Magnétisme
Fabrice Bert

Le but de ce cours de base est d’introduire le magnétisme des matériaux pour un public débutant dans le domaine. A partir des notions microscopiques de spin, de moment magnétique, d’interaction d’échange introduites dans le cours de M.-B. Lepetit, on dérivera les différents comportements magnétiques de la matière, depuis l’état paramagnétique haute température aux transitions de phase vers les états ordonnés classiques (ferro-, antiferro-, ferri- magnétisme) en distinguant les notions de magnétisme localisé et de magnétisme itinérant. On décrira les excitations collectives, ondes de spins, de ces états ordonnés. Au-delà des états ordonnés, on introduira la notion d’état désordonné verre de spin à partir de l’interaction RKKY. Tout au long de ce cours, on s’attachera à préciser les signatures expérimentales des différents états magnétiques et on insistera sur les techniques expérimentales usuelles du magnétisme, locales et macroscopiques.

  1. Paramagnétisme (hautes températures)
    • susceptibilités
    • loi de Curie
    • Curie Weiss
  2. Etats ordonnés.
    • Ferromagnétisme : traitement champ moyen de la transition
    • Excitations ondes de spin.
    • Domaines et parois, anisotropie, cycle d’hystéresis.
    • Antiferromagnétisme, ferrimagnétisme
  3. Magnétisme itinérant
    • Para et diamagnétisme du gaz d’électrons.
    • Instabilité (critère de Stoner).
    • Réponse à une impureté et interaction RKKY
  4. Notion de verre de spin
    • Hystéresis
    • Dynamique lente

Cristallographie et techniques expérimentales associées

Syllabus (cours de 120 minutes)
Cristallographie et techniques expérimentales associées
Béatrice GRENIER 

Ce cours de base s’adressera aux personnes non familières avec la cristallographie et/ou les techniques de diffraction. Il comportera 2 parties, toutes deux illustrées par quelques exemples. L’objectif de la première partie sera d’acquérir une bonne connaissance de la description d’un cristal dans l’espace direct (groupes ponctuels, motif et réseau, plans réticulaires, groupes d’espace, …), et au final d’être capable de lire et de comprendre la description des 230 groupes d’espace dans les Tables Internationales de Cristallographie. L’objectif de la seconde partie sera tout d’abord de devenir familier avec le concept de réseau réciproque, ensuite d’apprendre les concepts fondamentaux de la diffraction par un cristal : conditions de diffraction, facteurs de structure et conséquences des opérations de symétrie du groupe d’espace sur les intensités diffractées, c’est-à-dire sur la symétrie du cliché de diffraction et sur les règles d’extinction. Enfin, quelques exemples d’expériences de diffraction seront présentés, en rapport avec les concepts fondamentaux discutés pendant le cours.

Quelques notions sur les structures magnétiques seront brièvement abordées pendant ce cours (groupes ponctuels et d’espace magnétiques, vecteur de propagation, facteur de structure magnétique pour les neutrons).

 

Plan du cours :

 

Partie 1 – Cristallographie dans l’espace direct

  • Symétrie d’orientation (groupes ponctuels et classes de Laue)
  • Symétrie de translation (réseau et motif, mailles conventionnelles, réseaux de Bravais, rangées et plans réticulaires)
  • Symétrie de position (groupes d’espace)

 

Partie 2 – Diffraction : cristallographie dans l’espace réciproque

  • Le réseau réciproque (définition et propriétés)
  • Diffraction X et neutronique par un cristal (loi de Bragg, amplitude diffusée par un atome, facteur de structure, symétrie du réseau réciproque et règles d’extinction)
  • Expériences (que mesure-t-on et dans quel but ? exemples d’expérience de diffraction sur poudre et sur monocristal)
 

Grandes classes de matériaux

Syllabus (cours de 120 mn)

Grandes classes de composés à propriétés électroniques remarquables :
Des composés connus à la recherche de nouveaux composés.

Laurent Cario

 

Partie 1 : Structures et propriétés des grandes classes de composés connus  
 
  1. Principaux types structuraux
 2. Oxydes de métaux de transition
 3. Chalcogénures de métaux de transition

Partie 2 : Recherche de nouveaux composés inorganiques
 
  1. Synthèse et recherche exploratoire de nouveaux composés
 2. Outils de rationalisation en chimie inorganique 
 3. Conception raisonnée de nouveaux composés inorganiques

Supraconductivité non-conventionnelle

Syllabus (cours de 120 mn)

Supraconductivité non-conventionnelle

Yann Gallais

Dans ce cours, je ferai un tour d’horizon de la supraconductivité non-conventionnelle pour laquelle la théorie BCS classique, avec son appariement médié par l’interaction électron-phonon ne s’applique pas. Ce cours introduira certains mécanismes clés pouvant donner lieu à un appariement non-phononique de type BCS comme l’échange de fluctuations de spin. Les manifestations expérimentales de la supraconductivité non-conventionnelle seront également décrites. J’insisterai notamment sur les différentes sondes, directes ou indirectes, de la symétrie du paramètre d’ordre supraconducteur. Les questions ouvertes, nombreuses, seront également soulignées.
Plusieurs systèmes seront abordés dans le cours. Je prendrai comme point départ l’hélium 3 superfluide et les composés à Fermions lourds, sans doute les premiers exemples d’appariements BCS non-conventionnels. Puis je me focaliserai principalement sur les deux systèmes les plus étudiés jusqu’à présent, du fait notamment de leur haute température critique : les cuprates supraconducteurs et les supraconducteurs au fer.

En conclusion j’essaierai de dégager les points communs entre les différents systèmes supraconducteurs non-conventionnels. J’insisterai notamment le rôle des corrélations électroniques et sur la proximité de phases électroniques, ordonnées ou fluctuantes, pouvant éventuellement être en compétition avec la supraconductivité.

 

Plan du cours 

  1. Symétries et supraconductivité : énéralités

  2. Mécanismes d’appariements électroniques
    • Interaction Coulombienne et supraconductivité
    • Appariement triplet dans l’3He
    • Appariement singulet dans les cuprates et des les pnictures de Fer : rôle des fluctuations de spin
    • Approches de couplage fort et physique de Mott

  3. Sondes de la supraconductivité non-conventionnelle
    • Sonder l’anisotropie du paramètre d’ordre
    • Sonder de la phase du paramètre d’ordre
    • Modes collectifs supraconducteurs

  4. Supraconductivité non-conventionnelle et proximité d’ordres électroniques : quelques exemples
    • La supraconductivité ferromagnétique dans les fermions lourds
    • Pseudogap et supraconductivté dans les cuprates
    • Coexistence et compétition avec le magnétisme dans les pnictures de Fer

Oxydes non-stœchiométriques : synthèse, réactivité et complexité structurale

Syllabus (cours de 120 minutes)
Oxydes non-stœchiométriques : synthèse, réactivité et complexité structurale 
Werner Paulus

Des oxydes non stœchiométriques peuvent intercaler ou libérer l’oxygène, parfois jusqu’à une quantité importante. Habituellement, ces réactions nécessitent des températures élevées, lié à la mobilité réduite d’oxygène vers les basses températures. En effet, la mobilité du ion oxygène est limitée à basse température en raison de son assez grand rayon, d’environ 1,4 Å, et de sa double charge négative.
Cependant on trouve pour quelques oxydes une mobilité ionique dès la température ambiante, ce qu’il est intéressant pour des applications technologiques comme capteurs ou les membranes/électrolytes dans les piles à combustibles tout oxyde (SOFC). La mobilité de l’oxygène à température modérée, voire température ambiante, peut ainsi être utilisée comme « outil » original pour synthétiser de nouvelles et imprévisibles phases. Des outils appropriés, comme l’électrochimie, permettent également de contrôler directement et quantitativement l’intercalation et/ou la desintercalation d’oxygène, et rendre la cinétique de réaction accessible pour l’étude in situ de la structure et des propriétés dynamiques.
Nous allons présenter ici des exemples représentatifs, principalement d’oxydes avec une structure de type Perovskite ou Rudlessden-Popper, où les changements de la stœchiométrie en oxygène sont accompagnées par des transitions de phase, avec la formation de nouvelles phases métastables, ou avec une mise en ordre de la charge ou des atomes d’oxygène intercalés jusqu’à très grand échelle. Ces transitions/réactions sont également discutées en terme de dynamique de réseau, ce qui permet de comprendre la diffusion de l’oxygène à basse température comme un mécanisme assisté par des phonons.

 

References

  • 1. Lattice Dynamics to Trigger Low Temperature Oxygen Mobility in Solid Oxide Ion Conductors, W.Paulus, H. Schober, S. Eibl, M. Johnson, T. Berthier, O. Hernandez, M. Ceretti, M. Plazanet, K. Conder, C. Lamberti, J. Am. Chem. Soc. 130 (47) 16080-85 (2008)
  • 2. From T to T’-La2CuO4 via Oxygen Vacancy Ordered La2CuO3.5, M. Ikbel Houchati, M. Ceretti, C. Ritter and W. Paulus, Chem. Mater. 2012, 24, 3811-3815
  • 3. Time-Resolved in situ studies of oxygen intercalation into SrCoO2.5 performed by neutron diffraction and X-ray absorption spectroscopy, Ronan Le Toquin, Werner Paulus, Alain Cousson, Carmelo Prestipino, Carlo Lamberti, J. Am. Chem. Soc. 128 (2006) 13161-13174
  • 4. Anisotropic oxygen diffusion at low temperature in perovskite-structure iron oxides, Satoru Inoue, Masanori Kawai, Noriya Ichikawa, Hiroshi Kageyama, Werner Paulus, Yuichi Shimakawa, Nature Chemistry, 2 (2010) 213-217 

 

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

 

Les multiferroïques

Syllabus (cours de 120 minutes)
Les multiferroïques
Ricardo Lobo

Les composés multiferroïques présentent une coexistence de, au mois, deux ordres ferroïques (ferroélectricité, ferromagnétisme et ferroélasticité principalement). Actuellement, il existe un grand intérêt dans les composés où la ferroélectricité coexiste et interagit avec un ordre magnétique. Nous allons traiter plusieurs questions sur l’interaction magnéto-électrique et l’origine des phénomènes ferroïques dans ces matériaux. Ce cours sera divisé en deux parties :

  1. Propriétés de base des multiferroïques
    • Ordres ferroïques
    • Classes et types de multiferroïques
    • Propriétés macroscopiques
    • Phénoménologie
    • Principales théories microscopiques

  2. L’Électromagnon
    • Couplage statique vs. couplage dynamique
    • Excitation fondamentale ou particule hybride
    • Spéctroscopie de l’électromagnon
    • Excitation magnétique ou excitation électrique
    • Contrôle de l’électromagnon

Quelle technique expérimentale pour quelle information ?

Syllabus (cours de 60 minutes)
Quelle technique expérimentale pour quelle information ?
Pierre Bordet

On fera une revue brève et synthétique des différentes méthodes expérimentales d’investigation
des propriétés, structurales, physiques et thermodynamiques relevant des thématiques du GDR.
On mettra notamment l’accent sur le type d’information accessible pour chaque méthode.

 

  •  Diffraction et analyse structurale
  •  Spectroscopies (optiques, neutrons, muon, RMN...)
  •  Mesures Magnétiques
  •  Mesures Electriques
  •  Mesures Thermodynamiques.

ARPES ultrarapide

Syllabus (cours de 90 minutes)

Dynamique ultrarapide étudiée par ARPES

Marino Marsi


  • ARPES : technique pour étudier les bandes électroniques dans les solides
  • Quelques exemples de matériaux complexes étudiés par ARPES
  • Les matériaux hors équilibre : les états électroniques excités
  • Spectroscopies ultrarapides (pompe-sonde) pour l’étude des états excités
  • ARPES ultrarapide : principe, quelques détails expérimentaux
  • Exemples d’applications de l’ARPES ultrarapide (composés de Mott, supraconducteurs à haute Tc, isolants topologiques).

 

 

Neutrons Inélastiques

Syllabus (cours de mise à niveau de 180 minutes)
Neutrons Inélastiques
Sylvain Petit

  1. Introduction : les neutrons, pour quoi faire ? observer les structures et leur dynamique
    • Diffraction et structures atomiques
    • Structures à grande échelle
    • Dynamique : relaxation, phonons, ondes de spin, fluctuations
    • Les grands centres de diffusion neutronique

  2. Interaction neutron matière et section efficace de diffusion
    • Interaction d’origine nucléaire (longueur de diffusion) et magnétique (spin)
    • Règle d’Or de Fermi

  3. Diffraction par une poudre et par un cristal
    • Loi de Bragg
    • Intensité diffractée
    • Modèles de structure.

  4. Quelques notions sur le principe de mise en œuvre des « neutrons polarisés »
    • Exemple sur le cas de la mesure du facteur de forme

  5. Diffusion inélastique
    • 3-axes et temps de vol
    • Mesure des courbes de dispersion
    • Analyse dans le cadre du modèle des ondes de spin

 

Conductivité optique

Syllabus (cours de 90 minutes)
Conductivité optique (statique + résolue en temps)
Vinh TaPhuoc

Ce cours s’attache à décrire les techniques de spectroscopie optique (statique et pompe-sonde) appliquée au solide et s’adresse aux personnes non familières à ces méthodes expérimentales. Il a pour but de permettre une lecture critique d’articles dans lesquels ces techniques de mesure sont employées. Dans une première partie, nous nous intéresserons au principe, aspects techniques et (un peu) théoriques, et limitations expérimentales. La seconde partie sera consacrée à décrire ce que ces expériences permettent de sonder (excitations électroniques, phonons). Une troisième partie donnera quelques exemples d’applications. 

  • Principe de base, aspects techniques et limitations.
  • La spectroscopie optique, pour sonder quoi ?
  • Exemples d’applications (isolants de Mottsupraconductivité, multiferroïques,...)

Hard X-ray Magnetic Circular Dichroism : Application to spintronics materials

Syllabus (cours de mise à niveau de 90 minutes)
Hard X-ray Magnetic Circular Dichroism : Application to spintronics materials
Andrei Rogalev

 

Recent developments in the synchrotron radiation instrumentation have made possible the production of high flux of hard X-ray photons (2 - 15 keV) with flexible polarization [1]. Magnetic circular dichroism (MCD), the difference in the absorption or reflection of magnetic samples using left- and right-handed circularly polarized light has been widely exploited in the visible and soft X-ray spectral regions to provide useful information on the electronic and magnetic properties of magnetically ordered systems [2].
This talk reviews the recent advances in magnetic circular dichroism experiments in the hard X-ray energy range which covers K-edges of transition metals, L-edges of rare-earths, L-edges of 4d and 5d metals and M-edges of actinides. After giving a short introduction to the principles of X-ray MCD spectroscopy, we shall focus on the experimental aspects and the main strengths of this technique. These are quantitative determination of the element and orbital selective magnetic moments and their anisotropies using magneto-optical sum rules [3]. Hard X-ray MCD measurements that have been performed at the ESRF beamline ID12 on a wide variety of magnetic systems promising for spintronics applications have contributed to a deeper understanding of the microscopic origin of magnetism in these materials. This includes the study of the layer-by-layer magnetic structure in ferromagnets and antiferromagnets, induced magnetism at interfaces, local magnetic moments and their interactions in ferromagnetic semiconductors and half-metalic double perovskites. Finally, determination of the origin of magnetism in diluted magnetic semiconductors is shown as an example of great potentialities of hard X-ray MCD.

References
[1] J. Goulon et al, J. Synch. Rad., 5 (1998) 232.
[2] Magnetism and Synchrotron Radiation, eds. by E. Beaurepaire, F.Scheurer, G. Krill and J.-P. Kappler, Springer-Verlag, Berlin, 2001.
[3] P. Carra et al, Phys. Rev. Lett., 70 (1993) 694.

Isolants topologiques

Syllabus (cours de 60 minutes)
Isolants topologiques (ou propriétés géométriques et topologiques des structures de bandes)
David Carpentier

 
 L’objectif de ce cours est d’introduire les outils permettant de saisir la nature topologique d’une phase isolante ou semi-métallique dans un solide. Je commencerai donc pas introduire la notion de transport parallèle dans une structure de bande : comment faire évoluer de façon cohérente un état de Bloch avec son quasi-moment. Cela permettra d’introduire la notion de connexion et de courbure de Berry. Nous verrons ensuite que ces outils permettent de déterminer l’existence de structures de bande particulières pour lesquelles un choix unique de phase pour l’ensemble des états d’une bande est impossible : les isolants topologiques.
 

  1. Introduction à la notion de transport parallèle
    • Rappels de théorie de Bloch
    • Phase de Berry, Courbure de Berry
    2.
  2. Introduction aux propriétés topologiques de bandes
    • Choix de phase globale sur la zone de Brillouin, "flux de Berry global" et nombre de Chern
    • Propriétés topologiques et états de bord
    • Au delà : spin-orbite, renversement du temps et invariant de Kane-Mele

 

Les méthodes de synthèse ou élaboration de matériaux

Syllabus (cours de 60 minutes)
Les méthodes d’élaboration de matériaux
Nathalie Viart

  1. Les bases
  • Réactions à l’état solide. Méthode céramique
  • Réactions en phase liquide. Méthodes de chimie douce : précipitations de précurseurs mixtes (hydroxydes ou complexes), voie sol-gel.
  • Réactions en phase vapeur. Dépôt et transport chimiques en phase vapeur. Dépôts physiques en phase vapeur : pulvérisation cathodique, ablation laser, épitaxie par jet moléculaire

 

  1. Les particularités expérimentales
  • Mécano-synthèse
  • Synthèse par combustion
  • Synthèse micro-onde
  • Synthèse hydrothermale
  • Utilisation d’agents structurants
  • Projection plasma
  • Pyrolyse de solutions (Spray pyrolysis)
  • Croissance de monocristaux



Ce sont principalement des matériaux inorganiques qui serviront d’illustrations pour les méthodes de synthèse exposées, avec toutefois quelques exemples de matériaux hybrides organiques/inorganiques.
Un large ensemble de mises en forme des matériaux sera présenté : massif, poudres, matériaux poreux, monocristaux, couches minces.