Conducteurs et aimants quantiques
Introduction
Les conducteurs et aimants quantiques offrent la possibilité d’étudier un large panel de nouveaux phénomènes quantiques. Parmi eux, les transitions de phase quantiques entre différentes phases magnétiques, la supraconductivité non conventionnelle, les transitions et changements de valence. Un objectif est de découvrir de nouvelles phases quantiques et de dévoiler leur nature microscopique.
L’équipe « Conducteurs et Aimants Quantiques » est basée au LNCMI-Toulouse. Elle combine des sondes microscopiques (neutrons, rayons X) et ‘bulk’ (résistivité electrique, aimantation) et étudie des matériaux quantiques soumis à des champs magnétiques intenses (jusqu’à 90 T et 100 T bientôt), à des hautes pressions (jusqu’à 6 GPa) et à des très basses températures (jusqu’à 100 mK).
Parmi nos travaux récents, la découverte de supraconductivité par un champ magnétique dans UTe2, l’étude de la structure magnétique de TbB4, mais aussi le dévelopement d’une instrumentation à létat de l’art, comme un aimant 40 T pour la diffraction des neutrons, une cellule offrant la combinaison de pressions de 6 GPa et champs magnétiques de 60 T pour des mesures de résistivité électrique.
CONTACT
Pour des expériences de neutrons et rayons X en champs pulsés : Fabienne Duc
Pour des expériences de résistivité électrique en champs pulsés : William Knafo
À propos de l’équipe
Chercheurs permanent
DOMAINES SCIENTIFIQUES
- Magnétisme quantique
- Physique des électrons corrélés
- Systèmes à fermions lourds
- Supraconductivité non conventionnelle
- Transitions de phase quantiques
- Magnétisme à basse dimension
- Magnétisme frustré
MEMBRES DE L’ÉQUIPE
- Fabienne Duc, Chargée de Recherche
- William Knafo, Chargé de Recherche
- Somesh Kalaiarasan, Post-doc
ANCIENS MEMBRES DE L’ÉQUIPE
- Tristan Thebault, PhD
- Emin Mijit, Post-doc
- Alain Audouard, Chargé de Recherche
- Naveen Kumar, Post-doc
- Xavier Fabrèges, Post-doc
- Armelle Poux PhD
- Gernot Scheerer, PhD
PRINCIPALES COLLABORATIONS
- ESRF-Grenoble
- ILL-Grenoble
- CEA-Grenoble
- University of Tohoku
Techniques expérimentales
Ces dernières années, l’équipe a développé un panel unique de sondes microscopiques et macroscopiques, permettant l’étude des propriétés électroniques de systèmes à électrons corrélés en conditions extrêmes de champ magnétique intense, qui peuvent être combinés à des très basses températures et hautes pressions
- Sur le site du LNCMI-T, un ensemble varié de conditions extrêmes peut être combiné pour effectuer des mesures de résistivité électrique et aimantation, dans des champs jusqu’à >90 T (et bientôt >100 T), des hautes pressions de 6 GPa ou des températures de 100 mK combinés à des champs de 60 T.
- A l’ESRF, des mesures de spectroscopie des rayons x (par absorption et dichroïsme magnétique circulaire) en champ pulsé, permettent d’étudier la valence et l’aimantation microscopique (pour chaque élément du matériau) dans des champs allant jusqu’à 30 T.
- A l’ILL, des mesures de diffraction des neutrons permettent de déterminer la structure magnétique des matériaux dans des champs allant jusqu’à 40 T.
Diffraction des neutrons
- champs pulsés de 40 T + températures de 2 à 300 K
- expériences sur IN22 (CEA-CRG) à l’ILL Grenoble
Rayons X
- champs pulsés de 30 T + températures de 2 à 300 K
- expériences XAS and XMCD sur ID24 à l’ESRF Grenoble
Résistivité électrique
Différents environnements combinant des conditions extrêmes sont disponibles pour des expériences de résistivité électrique
- pulsed fields up to 96 T + temperatures from 1.5 to 300 K (4He cryostat)
- pulsed fields up to 70 T + temperatures from 1.5 to 300 K (4He cryostat)
- pulsed fields up to 60 T + pressure up to 6 GPa + temperatures from 1.5 to 300 K (4He cryostat)
- pulsed fields up to 60 T + temperatures from 500 mK to 300 K (3He cryostat)
- champs pulsés de 60 T + températures de 100 mK à 300 K (dilution): livré en 2026
Publications
Sélection de Publications
- “Comparison of two superconducting phases induced by a magnetic field in UTe2“, W. Knafo, M. Nardone, M. Valiska, A. Zitouni, G. Lapertot, D. Aoki, G. Knebel, D. Braithwaite, Commun. Phys. 4, 40 (2021).
- “Destabilization of hidden order in URu2Si2 under magnetic field and pressure“, W. Knafo, S. Araki, G. Lapertot, D. Aoki, G. Knebel, and D. Braithwaite, Nature Phys. 16, 942–948 (2020).
- “Field-reentrant superconductivity close to a metamagnetic transition in the heavy-fermion superconductor UTe2“, G. Knebel, W. Knafo, A. Pourret, Q. Niu, M. Valiska, D. Braithwaite, G. Lapertot, M. Nardone, A. Zitouni, S. Mishra, I. Sheikin, G. Seyfarth, J.-P. Brison, D. Aoki, J. Flouquet, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 063707 (2019).
- “Pressure cell for transport measurements under high pressure and low temperature in pulsed magnetic fields“, D. Braithwaite, W. Knafo, R. Settai, D. Aoki, S. Kurahashi, and J. Flouquet, Rev. Sci. Instrum. 87, 023907 (2016).
- “Dichotomy between the hole and electrons behavior in the multiband FeSe probed by ultra high magnetic fields”, M.D. Watson, T. Yamashita, S. Kasahara, W. Knafo, M. Nardone, J. Béard, F. Hardy, A. McCollam, A. Narayanan, S.F. Blake, T. Wolf, A.A. Haghighirad, C. Meingast, A.J. Schofield, H. von Löhneysen, Y. Matsuda, A.I. Coldea, and T. Shibauchi, Phys. Rev. Lett. 115, 027006 (2015).
Neutron diffraction:
- Field-driven spin-structure evolution in MnCr2S4: A high-field single-crystal neutron-diffraction study, F. Duc, N. Qureshi, H. Suwa, E. Ressouche, M. Songvilay, O. Prokhnenko, A. Gazizulina, F. Bourdarot, V. Tsurkan, S. Zherlitsyn, L. Prodan, A. Bertin, A. Schneidewind, A. Hoser, M. Uhlarz, T; Herrmannsdörfer, J. Wosnitza, V. Simonet and S. Chattopadhyay, Phys. Rev. B 110, 214416 (2024).
- Possible stripe phases in the multiple magnetization plateaus in TbB4 from single-crystal neutron diffraction under pulsed high magnetic fields, N. Qureshi, F. Bourdarot, E. Ressouche, W. Knafo, F. Iga, S. Michimura, L.-P. Regnault, and F. Duc, Phys. Rev. B 106, 094427 (2022).
- 40-Tesla pulsed-field cryomagnet for single crystal neutron diffraction, F. Duc, X. Tonon, J. Billette, B. Rollet, W. Knafo, F. Bourdarot, J. Béard, F. Mantegazza, B. Longuet, J. E. Lorenzo, E. Lelièvre-Berna, P. Frings and L.-P. Regnault, Rev. Sci. Instrum. 89, 053905 (2018).
- “Field-induced spin-density wave beyond hidden order in URu2Si2“, W. Knafo, F. Duc, F. Bourdarot, K. Kuwahara, H. Nojiri, D. Aoki, J. Billette, P. Frings, X. Tonon, E. Lelièvre-Berna, J. Flouquet, and L.-P. Regnault, Nature Commun. 7, 13075 (2016).
XAS/XMCD:
- Field-induced magnetic transitions in the highly anisotropic ferrimagnet ErFe5Al7 studied by high-field x-ray magnetic dichroism, Yamamoto, D. I. Gorbunov, O. Prokhnenko, E. Weschke, A. Miyata, I. F. Diaz-Ortega, C. Strohm, F. Duc, M. S. Henriques, A. Gazizulina, M. Uhlarz, O. Mathon, A. V. Andreev, H. Nojiri and J. Wosnitza, Phys. Rev. B 109, 094404 (2024).
- 4f spin driven ferroelectric-ferromagnetic multiferroicity in PrMn2O5 under a magnetic field, Chattopadhyay, V. Balédent, S. K. Panda, Sh. Yamamoto, F. Duc, T. Herrmannsdörfer, M. Uhlarz, T. Gottschall, O. Mathon, Z. Wang, C. Strohm, M. Greenblatt, P. Foury-Leylekian, and J. Wosnitza, Phys. Rev. B 102, 094408 (2020).
Reviews about heavy-fermion physics:
Publications sur HAL
