Quelques propriétés statistiques d'ensembles de défauts topologiques chargés

par Sofiane Teber

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Serguei Brazovski.

Soutenue en 2002

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    Nous nous intéressons aux propriétés statistiques, de systèmes classiques, à l'équilibre thermodynamique, avec interactions en compétition. Cette étude est basée essentiellement sur la physique des systèmes quasi-unidimensionnels. Toutefois, des problèmes plus généraux, concernant la physique d'interfaces chargées, ont vu jour et dont les applications s'étendent de la physique de l'état solide à la biologie. Nous avons considéré des ensembles de solitons résultant de la dégénérescence de l'état fondamental du système. C'est le cas de divers systèmes du type onde de densité de charge tels que les polymères appartenant à la famille du polyacétylène ou des ferroélectriques uniaxiaux dans des matériaux organiques. Dans ces systèmes, les solitons apparaissent comme des excitations non-triviales du type mur de domaine microscopique. En physique du solide ces excitations sont chargées du fait d'un possible dopage du système. Elles forment donc un fluide coulombien. En particulier, nous nous sommes intéressés à un plasma à une composante avec une interaction 3D entre défauts, essentiellement en dimension 2 d'espace. Le cas 3D a aussi été considéré. La nature quasi-unidimensionnelle du système est également responsable du confinement des solitons. Cette compétition entre confinement et interaction coulombienne a été formulée et certains de ses effets non-triviaux analysés. En particulier, nous avons montré comment des lignes de défauts peuvent exister dans l'état fondamental par le biais d'un processus de croissance subtile des solitons lorsque la température décroît. Ceci nous a conduit à l'étude des propriétés statistiques d'interfaces chargées: lignes ou murs de domaines en 3D. Nous avons trouvé que des instabilités de forme, dues aux interactions en compétition, jouent un rôle fondamental. Elles se manifestent par des transitions de phase à température nulle conduisant à de nouveaux états fondamentaux du système. L'effet des fluctuations thermiques, les particularités engendrées par la croissance dimensionelle, i. E. Des lignes aux murs de domaine, et davantage de liens avec les propriétés statistiques des solitons ont également été considérés. En dimension 2, les résultats obtenus montrent des similarités frappantes avec des travaux expérimentaux dans le domaine des "stripes" des oxydes.


  • Résumé

    We focus on the statistical physics of systems with competing long-range interactions. The studies are based on the physics of quasi-one dimensional system with special interest towards their topological defects, the so-called solitons. More general problems have however emerged related to the physics of charged interfaces with applications ranging from solid-state physics to biology. We have been considering ensembles of solitons resulting from the degeneracy of the ground state of the system. This is the case of various charge density-wave systems such as polyacetylene-like polymers or uniaxial ferroelectrics in organic materials where the solitons are the non-trivial excitations connecting different ground-states. In solid state physics these excitations are charged because of a possible doping of the system. Hence, they form a Coulomb fluid. We have been interested in particular with a one component plasma with 3D Coulomb interactions of such defects, mainly in 2 space dimensions. The 3D case has also been considered recently. The quasi-one dimensional nature of the system is responsible for the confinement of the solitons. This competition between confinement and Coulomb has been formulated and some of its non-trivial effects analyzed. In particular, we have shown how strings of defects could exist in the ground state through a subtle growth process of aggregates of solitons as temperature decreases. This led us to study the statistics of charged interfaces: strings or domain walls in 3D. We have found that shape instabilities, due to the competing interactions, play a fundamental role. They manifest themselves through zero-temperature phase transitions from which new-ground states of the system emerge. The effects of thermal fluctuations, the peculiarities brought by the raise of dimensionality, i. E. Going from strings to walls, and further links with the statistics of solitons, have also been considered. In 2D the obtained resultants show striking similarities with experimental work in field of stripe phases cuprate oxides.

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Informations

  • Détails : 182 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.177-178.

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)117
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