La condensation de l'hélium 4 dans les aérogels : une réalisation expérimentale du RFIM athermique

par Geoffroy Aubry

Thèse de doctorat en Physique de la matière condensée et du rayonnement

Sous la direction de Pierre-Etienne Wolf et de Édouard Kierlik.

Soutenue le 10-12-2013

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Louis Barrat.

Le jury était composé de François Detcheverry, Georg Maret.

Les rapporteurs étaient Etienne Rolley, Benoît Coasne.


  • Résumé

    L'influence du désordre sur les phénomènes critiques est jusqu'à présent essentiellement étudiée théoriquement. La motivation principale de ces études est de comprendre dans quelle mesure la différence de comportement entre les systèmes réels et les modèles théoriques idéaux résulte du désordre. Cette thèse aborde ce problème expérimentalement en étudiant la condensation de l'hélium 4 dans un aérogel de silice. En effet, ce système offre la possibilité de contrôler continûment l'influence du désordre. Plus précisément, nos résultats indiquent que ce phénomène est une réalisation expérimentale du modèle d'Ising avec champ aléatoire (Random Field Ising Model, RFIM) athermique étudié par Sethna et coll. (Phys. Rev. Lett., 70, 3347 (1993)). Pour cela, nous observons deux propriétés spécifiques à ce modèle, en accord avec les simulations numériques effectuées par Detcheverry et coll. sur un modèle de gaz sur réseau (Phys. Rev. E, 72, 051506 (2005)) : l'existence de points critiques contrôlés par le désordre ainsi que la mémoire du point de demi-tour (Return Point Memory, RPM). Les points critiques se manifestent par un changement de forme des isothermes d'adsorption mesurées par diffusion de la lumière. Nous avons mis au point une technique utilisant la grande sensibilité du speckle à la configuration microscopique locale des domaines liquide-gaz en vue de détecter les avalanches prédites par le modèle de Detcheverry et coll. Bien qu'aucune avalanche individuelle n'ait pu être isolée de façon claire, cette méthode a permis la première mise en évidence du RPM microscopique dans un système expérimental, justifiant ainsi le caractère athermique du système. Ces mesures sont les premières à observer le comportement du RFIM athermique dans un système non-magnétique.

  • Titre traduit

    Condensation of helium 4 in aerogels : an experimental realization of the athermal RFIM


  • Résumé

    Up to now, the effect of disorder on critical phenomena has been mainly studied theoretically. The motivation of these studies is to understand to what extent the difference between the behavior of the real systems and the ideal theoretical models is due to disorder. This thesis addresses this problem experimentally through the condensation of helium 4 in silica aerogels. This system provides the opportunity to tune the disorder strength. More precisely, we show that this phenomenon is an experimental realization of the athermal Random Field Ising Model (RFIM) studied by Sethna et al. (Phys. Rev. Lett., 70, 3347 (1993)). To this end, we observe two properties of this model, in agreement with numerical simulations done by Detcheverry et al. on a lattice gas model (Phys. Rev. E, 72, 051506 (2005)): the existence of disorder driven critical points and the Return Point Memory (RPM). The change of shape of the adsorption isotherms measured by light scattering is interpreted as the signature of the disorder driven critical points. In order to detect the avalanches predicted by the Detcheverry et al.'s model, we have developed a technique based on the great sensitivity of the speckle patterns to the local microscopic liquid-gas domains. Although no single avalanche could be clearly resolved, this method allowed the first observation of microscopic RPM in an experimental system, showing the athermal character of the system. These are the first measurements to exhibit the athermal RFIM behavior in a non-magnetic system.


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