Physique de Dirac dans un système quasi-bidimensionnel

Dirac physics in a quasi-bidimensional system

• Auteur / Autrice : Emilie Tisserond
• Direction : Miguel Monteverde
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 25/10/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Manuel Nunez-Regueiro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Miguel Monteverde, Manuel Nunez-Regueiro, Wilfried Desrat, David Vignolles, Hélène Bouchiat, Francesca Chiodi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wilfried Desrat, David Vignolles

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dirac, Équation de

Pression hydrostatique

Conducteurs organiques

Mots clés libres

Conducteur organique

Quasi-2D

Quasi-2D

Pression hydrostatique

Hydrostatic pressure

Quantum oscillations

Quasi-2D

Organic metal

Résumé

La plupart des matériaux étudiés en physique de la matière condensée sont à base de fermions massifs vérifiant les relations de dispersion paraboliques usuelles. Récemment, sont apparus un certain nombre de matériaux dotés de relations de dispersion linéaires : le graphène, système purement bidimensionnel et les isolants topologiques, composés tridimensionnels à base de Bismuth où les fermions de Dirac surfaciques coexistent avec les fermions massifs volumiques. À côté de ces deux grandes familles de matériaux de Dirac, on trouve le composé organique α-(BEDT-TTF)2I3, un système quasi-bidimensionnel du point de vue du transport électronique en raison de sa structure cristalline lamellaire et qui présente une phase de Dirac sous forte pression hydrostatique (P>1,5 GPa). Cette phase de Dirac est singulière puisque ses cônes de Dirac sont inclinés, et donc fortement anisotropes, et qu'ils émergent aux côtés d'une bande de porteurs de charge massifs. Ce travail de thèse porte ainsi sur l'étude, à la fois expérimentale et théorique, des effets des spécificités de la phase de Dirac du α-(BEDT-TTF)2I3 sur son transport électronique en régime quantique. Il examine notamment plusieurs modèles théoriques pour tenter d'interpréter les oscillations quantiques apériodiques mesurées dans le composé organique, ainsi que l'impact de l'inclinaison des cônes de Dirac. Les effets de dopage, surfacique et volumique, sur le α-(BEDT-TTF)2I3 sont également discutés.

The physics of most of the materials studied within condensed matter are based on massive fermions which verify the usual parabolic dispersion relations. Recently, a certain number of materials with linear dispersion relation have appeared: graphene, purely bidimensional and topological insulators, tridimensional compounds based on Bismuth where the surfacic Dirac fermions coexist with bulk massive fermions. Alongside these two families of Dirac materials, there is the organic α-(BEDT-TTF)2I3 compound, a quasi-bidimensional system from an electronic transport point of view because of its lamellar crystalline structure and which exhibits a Dirac phase under high hydrostatic pressure (P>1,5 GPa). This Dirac phase is singular: the Dirac cones are tilted, and highly anisotropic, and they emerge with a massive band. This work is then focus on the study, experimentally and theoretically, of the effects of the α-(BEDT-TTF)2I3 Dirac phase specificities on its electronical transport in quantum regime. It examines particularly several theoretical models to understand the aperiodic quantum oscillations measured in the organic compound, and the impact of Dirac cones tilting. Doping effects, surfacic and in the bulk, on the α-(BEDT-TTF)2I3 are also discussed.