Fractionalization d'une onde de Densité de Paires dans les cuprates supraconducteurs

par Maxence Grandadam

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Catherine Pepin.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de Physique en Ile de France , en partenariat avec Institut de Physique Théorique (laboratoire) , Faculté des sciences d'Orsay (référent) et de Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....) (graduate school) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    La découverte récente de la supra-conductivité dans le graphène est l'un des multiples rebondissements de ce domaine fascinant que constitute la quête de la supra-conductivité à haute température. Le diagramme de phase de ces composés de deux couches tournées d'un angle magique possède une ressemblance frappante avec celui des supraconducteurs cuprates, qu'ils soient dopés en électrons ou bien en trous. Dans ce sujet de thèse nous proposons d'étudier le diagramme de phases de ces composés dans le cadre d'une symétrie émergente SU(2) qui opère dans un espace de pseudo-spin fluctuant entre l'état supraconducteur et un ordre de densité de charge. Le travail de thèse comportera une partie analytique d'étude de la symétrie émergente SU(2) et de ces conséquences, avec en particulier l'outil du modèle sigma-non linéaire approprié pour cette phase. Nous prévoyons un aspect phénoménologique basé sur un modèle effectif, qui décrira les propriétés de transport dans ces composés, avec en particulier une attention portée à l'effet Seebeck observé dans le diagramme de phases. Une partie numérique est aussi prévue, qui vise à relier le modèle effectif à des modèles ab-initio dans une certaine limite de couplage fort. Au niveau numérique on se propose d'adapter un code de Monte-Carlo sans problème de signe au cas d'un système avec deux bandes couplées, et de regarder si dans une limite que coupage fort nous pouvons générer l'orde de charge ainsi que la supra-conductivité. Aussi en lien avec les expériences récentes sur le graphène, nous proposons quelques études de structure de bande, de manière à comprendre si la bande plate observée dans ces composés est une structure essentielle de leur physique, valide à deux et aussi trois dimensions.

  • Titre traduit

    Fractionalization of Pair Density Waves in cuprate superconductors


  • Résumé

    The recent observation of superconductivity in graphene is one of the many twists and turns in the field of high temperature superconductivity. In fact, the phase diagram of these twisted bilayers at a certain 'magic angle' bears a striking resemblance to that of electron or hole doped cuprate superconductors. During this PhD we propose to study the phase diagrams of these compounds within the framework of an emergent SU(2) symmetry which acts into a pseudo-spin space fluctuating between a superconducting state and a charge ordered state. The thesis will include an analytical part devoted to the study of the emergent SU(2) symmetry and its consequences, with in particular the use of the appropriate non-linear sigma model. We expect a phenomenological aspect based on an effective model, which will describe the transport properties in these compounds, with particular attention to the Seebeck effect observed in the phase diagram. A numerical part is also planned, which aims to connect the actual model to ab-initio methods within a certain strong coupling limit. At the numerical level we propose to adapt a sign-problem free Monte Carlo code to the case of a system with two coupled bands, in order to look at whether we can generate the charge order as well as superconductivity in a strong coupling limit. Finally in connection with recent experiments on graphene, we propose some band structure studies in order to understand if the flat band observed in these compounds is an essential structure of their physics, valid in two and also three dimensions.