L'helium 3 adsorbe sur du graphite : un systeme modele pour la physique des fermions en interaction a deux dimensions

par CHRISTOPHER BAUERLE

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de H. GODFRIN.

Soutenue en 1996

à Grenoble 1 .

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  • Résumé

    Dans ce memoire nous presentons des mesures des films d'helium 3 adsorbe sur du graphite etudies par rmn a tres basse temperature. Des mesures systematiques realisees pour la deuxieme couche d'helium 3 adsorbe sur du graphite avec une tres grille de taux de couverture nous permettent une determination tres precise du diagramme de phases. Nous avons pu montrer que la region de coexistence liquide-solide est caracterisee par une dependance lineaire de la quantite du solide (ou du liquide) en fonction de la densite totale du film et par l'invariance des proprietes magnetiques du liquide et du solide. Nos mesures montrent que la phase 4/7#e#m#e est stable dans une certaine plage de densites. Par contre, nos resultats infirment l'hypothese de l'existence d'une phase 2/3, avancee par greywall. Nous presentons pour la premiere fois des resultats pour le solide antiferromagnetique dans un regime ou la temperature est inferieure a l'energie d'echange. Nos mesures montrent que l'aimantation ne peut pas etre decrite par une serie htaf pour des temperatures au-dessous de 2mk. Nous avons effectue des mesures de l'aimantation du solide ferromagnetique en fonction du champ magnetique a une densite correspondant a l'anomalie ferromagnetique. L'utilisation d'un nouveau substrat de graphite exfolie (papyex) nous permet d'etudier l'influence des effets de taille sur l'aimantation. Nos resultats sont bien decrits par la theorie des ondes de spin de kopietz et al. . Ces mesures constituent une premiere exploration du regime pour lequel le gap du spectre des ondes de spin est domine par le champ magnetique. Nous observons des liquides de fermi bidimensionnels extremement correles. Des facteurs de renforcement de 45 sont obtenus, soit 2 fois plus grands que pour l'helium 3 liquide massif. Nous montrons pour la premiere fois que l'helium 3 liquide a deux dimensions a des densites elevees est decrit semi-quantitativement par le modele des fermions presque localises. A tres basse temperature nous observons une augmentation de l'aimantation assez surprenante. Cette augmentation est en accord qualitatif avec une localisation faible du type anderson a deux dimensions. Nous avons realise une experience sur l'helium 3 superfluide massif qui permet de tester experimentalement la theorie de kibble sur la creation des cordes cosmiques lors de transitions de phases rapides. Nous avons observe que l'energie deposee par une reaction nucleaire entre un atome d'helium 3 et un neutron n'est pas entierement convertie en quasiparticules. Le deficit en energie peut etre explique par la creation de defauts topologiques (vortex) pendant une transition rapide entre l'helium 3 normal et l'helium 3 superfluide. En utilisant un modele simple pour le processus refroidissement, nous obtenons des valeurs pour la densite des vortex qui sont en bon accord avec les predictions de zurek pour la creation de cordes cosmiques par le mecanisme de kibble. Ces mesures ont permis de tester pour la premiere fois de maniere quantitative le mecanisme propose theoriquement pour la creation de cordes cosmiques dans l'univers primordial


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  • Détails : 170 P.
  • Annexes : 139 REF.

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