Cohérence du réseau et dualité locale non-locale dans les matériaux à électrons f

Lattice coherence and local non-local duality in f-electron materials

• Auteur / Autrice : Bishal Poudel
• Direction : Sébastien Burdin, Gertrud Zwicknagl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Soutenance le 02/03/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine
• Jury : Président / Présidente : Alexandre Bouzdine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Burdin, Gertrud Zwicknagl, Alexandre Bouzdine, Marcelo Rozenberg, Frank Lechermann, Catherine Pépin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marcelo Rozenberg, Frank Lechermann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Signal, Théorie du (télécommunications)

Fermi, Surfaces de

Électrons -- Corrélation

Magnétisme

Mots clés libres

Magnétisme quantique

Théorie - modélisation

Topologie des surfaces de Fermi

Electrons fortement corrélés

Strongly correlated electrons

Quantum magnetism

Theory - Modeling

Fermi surface topology

Résumé

Dans cette thèse, nous étudierons les systèmes d’électrons f sous deux aspects différents : d'une part la formation et la brisure de cohérence du réseau, et d'autre part la nature des électrons f qui peuvent être localisé, itinérant ou dual. Dans la première partie, nous aborderons le sujet de la cohérence du réseau dans les systèmes 4f sous l'angle de la substitution atomique des atomes magnétiques par des atomes non magnétiques. Nous traiterons du désordre généré par la substitution par la théorie de champ moyen dynamique. Nous commençons par généraliser le diagramme de phase de type Doniach avec la substitution en considérant les phases : ferromagnétique, antiferromagnétique et paramagnétique Kondo. Nous étudions également la pertinence de nos diagrammes de phases vis-à-vis des données expérimentales des alliages à la base de cérium. Par la suite, nous nous concentrerons sur la phase paramagnétique Kondo avec un réseau carré afin d’étudier les signatures de la brisure de cohérence du réseau en diluant les impuretés magnétiques. Pour cela, on analyse les signaux de photoémission, les masses effectives, le local potential scattering, et l’ordre de charges. Nous confirmions les précédentes prédictions de transition type Lifshitz entre les systèmes dilués et denses. De plus nous détectons une nouvelle concentration critique où la masse effective des quasiparticule s’annule. La deuxième partie de cette thèse traite le caractère dual des électrons 5f : itinérant et localisé en même temps. Pour étudier cette dualité, nous utiliserons la méthode des bosons esclaves invariants par rotation sur UPt3. En variant les anisotropies sur les largeurs de bande, nous analysons la possibilité d’avoir les phases partiellement localisées par orbitale. Ainsi, nous construisons un diagramme de phase. De plus, nous analysons les masses des quasiparticules et l’occupation par orbitales, aimantation, et configurations de valence pour ces phases partiellement localisées.

In this thesis, we will study f-electron systems under two different aspects: the formation and the breakdown of lattice coherence, and the nature of f-electrons, which can be either localized, itinerant, or dual. In the first part, we study lattice coherence in 4f systems with the atomic substitution of magnetic atoms by non-magnetic atoms. We will deal with the substitutional disorder by using the dynamic mean-field, theory. We start by generalizing the Doniach type phase diagram with substitution by considering the phases: ferromagnetic, antiferromagnetic, and paramagnetic Kondo. We also study the relevance of our phase diagrams by comparing the experimental data of various cerium-based Kondo alloys. Next, we will focus on the Kondo paramagnetic phase on a square lattice in order to study the signatures of lattice coherence breakdown with the dilution of magnetic impurities. To do this, we analyze the photoemission signals, the effective masses, the local potential scattering, and the charge order. We confirmed previous predictions of a Lifshitz-type transition between dilute and dense impurity systems. In addition, we detect a new critical concentration where the quasiparticle effective mass cancels out. The second part of this thesis deals with the dual character of 5f electrons: itinerant and localized at the same time. To study this duality, we use the method rotationally invariant slave-bosons on UPt3. By varying the anisotropies over the electronic bandwidths, we study the possibility of having orbital selective partially localized phases, and we construct a phase diagram. Finally, we analyze the different partially localized phases in terms of orbital-dependent quasiparticle mass and occupation, magnetization, and valency configurations.