La physique des systèmes d'électrons étroitement liés
Les importantes corrélations entre les électrons sont à la base de remarquables propriétés physiques comme la super-conductivité non traditionnelle et de nouvelles phases quantiques dues à un important couplage spin-orbite. Bon nombre de ces phénomènes sont observés dans l'iridium, le praséodyme, et les composés et alliages d'uranium. Il y est fait référence comme à des instabilités de la configuration électronique à l'état normal. Toutefois, la physique de ces matériaux est tellement riche et complexe qu'elle ne peut pas être comprise dans les théories traditionnelles pour des métaux et des isolateurs. Dans le cadre du projet COEL (Numerical study of dynamics and magnetic properties of strongly correlated electron systems), les physiciens ont dépassé les descriptions conventionnelles des états d'électrons corrélés pour comprendre leurs propriétés exotiques. L'équipe COEL a appliqué une méthode Monte Carlo quantique au modèle de niveau de résonance interactive – un des lits de test standard pour ces études – pour calculer les quantités physiques telles que la résistivité électrique à des températures finies. Sur la base de ces calculs, un nouveau scénario avec d'importantes fluctuations de charge a été proposé pour expliquer les états des quasi-particules inhabituels dans les composés de samarium. Pour la formation de fermions inhabituellement lourds dans les composés d'uranium, les scientifiques de COEL avaient besoin d'un point de départ au-delà de l'effet Kondo ordinaire. Ils ont découvert que l'inclusion d'un terme de diffusion potentiel outre une interaction d'échange ferromagnétique du spin localisé et des électrons de conduction donnait lieu à une diminution de la résistivité avec un abaissement de la température. Au fil du projet, les scientifiques ont également étudié la relaxation du spin induite par le couplage spin-orbite dans les métaux et les semi-conducteurs. Les deux mécanismes les plus importants, les mécanismes d'Elliott-Yafet et de D'yahkonov-Perel, ont été unifiés à l'aide d'un modèle pseudo-potentiel développé pour des semi-conducteurs avec une structure de cristal de blende. Enfin, une théorie a été formulée pour permettre la détermination du couplage hyperfin électron-nucléaire à partir de données expérimentales. Cet hyperfin est dû à l'interaction magnétique du noyau avec les électrons via des mécanismes tels que le contact Fermi et la polarisation du noyau. Il joue un rôle fondamental dans le transport du spin exploité dans la spintronique. Les progrès réalisés dans la compréhension des systèmes d'électron fortement corrélés via des techniques de simulation Monte Carlo efficaces combinées à un système à N corps aura un impact au-delà de l'électronique moderne. Les résultats du projet COEL peuvent être optimisés via l'ingénierie pour améliorer les performances des cellules solaires, des batteries et des piles à combustible qui requièrent une compréhension de l'électrochimie au niveau atomique.
Mots‑clés
Systèmes d'électron étroitement corrélés, super-conductivité non traditionnelle, Monte Carlo quantique, spintronique
