Thèse soutenue

Tenseur de conductivité thermique par les excitations du réseau : théorie de la diffusion inélastique des phonons dans les matériaux quantiques
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Auteur / Autrice : Léo Mangeolle
Direction : Lucile Savary
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 19/09/2022
Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique (Lyon ; 1988-....)
Jury : Président / Présidente : Peter Holdsworth
Examinateurs / Examinatrices : Lucile Savary, Peter Holdsworth, Natalia Perkins, Leon Balents, Kamran Behnia, Subir Sachdev, Roser Valentí
Rapporteurs / Rapporteuses : Wolfram Brenig, Natalia Perkins

Résumé

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Dans cette thèse, l’on étudie la diffusion intrinsèque des phonons par un degré de liberté quantique générique, c’est-à-dire un champ Q dont les corrélations, a priori complètement générales, sont restreintes uniquement par l’unitarité et l’invariance par translation. Les taux de diffusion résultant de cette interaction sont calculés via la théorie quantique de la diffusion. La dynamique hors d’équilibre des phonons, elle, est étudiée via la théorie cinétique et l’équation de Boltzmann. Les taux de diffusion obtenus font intervenir des fonctions de corrélation à deux et quatre points du champ Q. Nous obtenons des formes générales et explicites pour ces corrélations, qui isolent les contributions spécifiques à la conductivité de Hall. Nous calculons ensuite explicitement ces fonctions de corrélation, et les conductivités thermiques qui en résultent, pour une interaction générique entre un phonon et deux opérateurs libres, bosoniques d’une part, fermioniques d’autre part. Afin d’illustrer ce formalisme par l’exemple, nous considérons le cas d’un matériau antiferromagnétique 2D. Q est alors un opérateur à deux magnons, issu d’un couplage entre les spins et le réseau aussi général que possible compte tenu des symétries. Nous étudions analytiquement et numériquement la conductivité thermique dans ce modèle, et mettons en évidence un effet Hall phononique. Pour élucider le rôle des corrélations dans une phase magnétiquement désordonnée, nous considérons enfin le cas d’une surface de Fermi dans un liquide de spin U(1). Q est alors un opérateur à deux spinons. Nous proposons un modèle de couplage spin-phonon rendant compte d’un effet Hall thermique.