Lieu : Université Paris-Saclay, Orsay, France
Référent : Edwin Kermarrec, edwin.kermarrec@universite-paris-saclay.fr
Les liquides de spin quantiques (QSL) sont des états non conventionnels de la matière dans lesquels les moments magnétiques restent désordonnés même aux températures les plus basses, malgré de fortes interactions entre eux. Plutôt que de former un ordre ferromagnétique ou antiferromagnétique conventionnel à longue portée, leurs spins développent des corrélations quantiques collectives et un enchevêtrement. Ces états remettent en question le cadre conventionnel de Landau–Ginzburg–Wilson concernant les transitions de phase par rupture de symétrie, ainsi que la vision semi-classique des spins individuels.
De fortes fluctuations quantiques peuvent favoriser la formation d’états singulets intriqués et donner lieu à des excitations exotiques portant des degrés de liberté fractionnaires ou émergents, tels que les spinons, les photons émergents ou les fermions de Majorana. La détection de ces excitations et l’identification de leurs signatures dans des matériaux réels constituent des défis majeurs du magnétisme quantique contemporain.
Les matériaux magnétiques frustrés constituent des plateformes prometteuses pour l’exploration de ces phénomènes. Parmi les systèmes candidats, on trouve les pyrochlores de terres rares, les aimants kagome, les matériaux de Kitaev et les matériaux quantiques présentant un fort couplage spin-orbite. Plusieurs composés de ce type sont actuellement synthétisés et étudiés à l’échelle mondiale, notamment au sein de notre groupe de recherche.
Projet de recherche
Ce stage consistera à étudier des matériaux candidats au statut de « liquide de spin quantique » à l’aide d’un ensemble complémentaire de techniques expérimentales. Le projet associe des spectroscopies à haute résolution — résonance magnétique nucléaire (RMN), relaxation du spin du muon (μSR) et diffusion inélastique des neutrons — à des mesures thermodynamiques en volume, notamment par ultrasons et chaleur spécifique, à très basse température. Dans le cadre de nos collaborations internationales, l’étudiant contribuera à la caractérisation expérimentale des corrélations magnétiques et des excitations à basse énergie, ainsi qu’à l’analyse de leurs implications pour le comportement des liquides de spin quantiques. Les orientations précises en matière de matériaux et d’expérimentation seront définies en fonction du projet et des centres d’intérêt de l’étudiant.
Environnement de travail
Ce projet s’appuie sur les récentes contributions de notre groupe dans ce domaine et bénéficie de collaborations nationales et internationales bien établies. Parmi les publications pertinentes, on peut citer:
- Physical Review Letters 136, 136701 (2026)
- Physical Review Materials 9, 074411 (2025)
- Nature Physics 16, 469–474 (2020)
- Physical Review X 12, 021015 (2022)
Profil
Ce stage s’adresse à un étudiant possédant de solides connaissances en physique des solides et manifestant un réel intérêt pour la recherche expérimentale. De bonnes compétences expérimentales et une motivation à travailler sur les mesures à basse température et le magnétisme quantique sont les bienvenues.
Il est possible de poursuivre dans la voie du doctorat, sous réserve de l’avancement du projet et des possibilités de financement. Un financement du CNRS est disponible pour le stage ; financement potentiel pour le doctorat (EDPIF).