Thèse soutenue

Nouvelles phases électroniques avec orbitales eg dans les réseaux triangulaires

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Auteur / Autrice : Clément Février
Direction : Simone FratiniArnaud Ralko
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique théorique
Date : Soutenance le 04/07/2016
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Claudine Lacroix
Examinateurs / Examinatrices : Marcello Civelli
Rapporteurs / Rapporteuses : Silke Biermann, François Vernay

Mots clés

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Résumé

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Les composés en couches avec des ions métaux de transition ont leur bande de conduction dans les orbitales d. On se concentrera dans cette thèse sur les systèmes où le champs cristallin sépare les orbitales en deux sets dégénérés, t2g et eg, où les électrons de conduction sont sur les orbitales eg. C'est le cas pour les dichalcogénures en couches à métaux de transitions et 2H-AgNiO2 qui sont connus pour présenter des ordres de charge, un arrangement périodique des électrons sur le réseau. Les dichalcogénures en couches à métaux de transitions ont divers motifs, des ordres des charge commensurables et incommensurables, parmi eux, des ordres de charge à grande maille unité,comme le motif √13x√13 en étoile de David. 2H-AgNiO2 a un ordre de charge triple mais reste métallique.Dans le but de comprendre leurs ordres de charge, nous avons établi un modèle de Hubbard étendu multibandes et nous avons recentré notre intérêt sur les orbitales eg avec fortes interactions coulombiennes locales. À l'aide d'une approche en liaison forte et de considérations électrostatiques, puis grâce à la méthode de Hartree-Fock non restreinte, nous avons construit le diagramme de phases en fonction de la force des interactions coulombiennes, aussi bien locale qu'à courte portée, et nous avons fait évoluer la structure de bande en utilisant le ratio libre t'/t qui décrit la structure de bande dans les matériaux ayant des orbitales eg. Nous avons révélé un diagramme de phase riche avec plus de dix phases où certaines transitions peuvent être contrôlées par la structure de bande. En particulier, nous avons trouvé des phases pinball liquid, un ordre de charge métallique à trois sites par maille unité, où des charges localisées (pins) sont entourées de charges itinérantes (balls) sur un réseau hexagonal. Des ordres de charges à grande maille unité sont aussi stabilisés, tels que des ordres de charge et d'orbitale incommensurables et un ordre de charge √12x√12, qui rappelle le motif √13x√13 en étoile de David présent dans 1T-TaS2. Ces états électroniques s'avèrent génériques pour le réseau triangulaire demi rempli et sont aussi trouvés dans le cas isotrope, qui correspond au modèle de Hubbard étendu à une bande.Cependant, la méthode de Hartree-Fock non restreinte est problématique pou saisir les propriétés des phases lors d'une forte anisotropie de la structure de bande pour les états de Mott. Pour résoudre ce problème, nous avons établi un hamiltonien type Heisenberg à partir d'une théorie de perturbation. Ensuite, nous avons établit le diagramme de phases de ce nouvel hamiltonien en utilisant une approche classique et la diagonalisation exacte avec une analyse de symétries et l'algorithme de Lanczos pour un système de 24 sites. Mis à part les phases connues du modèle de Heisenberg en présence d'un champ magnétique, les configuration Y et V, le plateau 1/3, la phase ferro-orbitale, l'anisotropie de la structure de bande des orbitales eg conduit à d'autres ordres avec une composante τy ou τx et τz finies, différents ordres en bande et des ondes de densité d'orbitales.