Propriétés de transport anormales dans le composé skrymionique EuPtSi

Anomalous transport properties of the skyrmion compound EuPtSi

• Auteur / Autrice : Simon Rousseau
• Direction : Georg Knebel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 19/12/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LNCMI - Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses
• Jury : Président / Présidente : Sophie De brion
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoit Fauque, Alain Pautrat, Ilya Sheikin, Sebastien Burdin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoit Fauque, Alain Pautrat

Mots clés

Mots clés libres

Matière topologique

EuPtSi

Skyrmion

Oscillations quantiques

Transport

Topological materials

EuPtSi

Skyrmion

Quantum oscillations

Transport

Résumé

Dans cette thèse, j’ai étudié les propriétés de transport électrique et thermique du composé non centro-symétrique EuPtSi, à basse température et fort champ magnétique. La première partie des résultats porte sur l’étude à bas champ (H < 5 T) des phases magnétiques observées dans EuPtSi en dessous de la température de Néel T = 4.1 K, pour les trois directions principales: H ∥ [110], H ∥ [111] et H ∥ [100]. Grâce à la dépendance angulaire de la résistivité sous champ, j’ai confirmé la présence de phases exotiques: la phase A skyrmionique pour H ∥ [111], et les phases A’ et B supposées skyrmioniques pour H ∥ [100]. En étudiant ces phases à l’aide de différentes sondes de transport, j’ai établi le diagramme de phase magnétique avec précision. J’ai aussi mis en évidence la présence à basse températures de nouvelles anomalies liées aux phases skyrmioniques. Les résultats de mesures dépendantes en température pour les directions H ∥ [111] et H ∥ [100] mettent en évidence le caractère métastable des phases A, A’ et B en refroidissant sous champ. En préparant le système dans l’état métastable A’ ou B, les variations en champ de la résistivité montrent que les deux phases sont créées simultanément par le même processus. Grâce aux résultats en température, j’ai également montré la présence d’un comportement différent d’un liquide de Fermi dans l’état conique de EuPtSi. La deuxième partie de mes résultats se concentre sur la surface de Fermi de EuPtSi, étudiée grâce aux oscillations quantiques dans le pouvoir thermoélectrique, pour des champs intenses (H > 6 T). La dépendance en température de l’amplitude des oscillations permet d’obtenir des valeurs de masses effectives de porteurs de charge en accord avec la littérature pour chaque orbite de la surface de Fermi. En étudiant la dépendance en champ des oscillations quantiques, j’ai obtenu la température de Dingle et le libre-parcours moyen des porteurs en utilisant une nouvelle méthode d’analyse propre au pouvoir thermoélectrique.

In this thesis, we have studied the electrical and thermal transport properties of the non-centrosymmetric compound EuPtSi, at low temperatures and under magnetic field. The first part of the results focus on the low-field (H < 5 T) magnetic phases that are observed in EuPtSi below the ordering temperature T = 4.1 K for the three main directions H ∥ [110], H ∥ [111] and H ∥ [100]. From the angular dependence of the resistivity under magnetic field, we confirmed the presence of anomalous phases: for the direction H ∥ [111] the so-called skyrmion lattice A-phase, and for the H ∥ [100] direction the skyrmion-related A’ and B phases. By studying these phases with various transport probes, we have established the magnetic phase diagram with precision. We have also evidenced the presence of additional anomalies at low-temperature related to the skyrmion phases. Our temperature-dependent results for the H ∥ [111] and H ∥ [100] evidence the metastable behavior of the A, A’ and B phases under field cooling. From the peculiar metastable state for the H ∥ [100] direction, further field sweeps show that both the A’ and the B phases are created simultaneously through the same mechanism. From transport measurements as a function of temperature, we also show the existence of a non-Fermi liquid behavior in the conical ordered state. The second part of our results focus on the Fermi surface of EuPtSi, studied with quantum oscillations in the thermoelectric power for high fields (H > 6 T). The temperature dependence of the quantum oscillations recovers the effective mass of the carriers for each Fermi surface branch, with results comparable to the literature. From the field-dependence of the quantum oscillations, we have recovered the Dingle temperature and mean-free path of the carriers using a new analysis framework for the thermoelectric power.