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Ordre électronique cohérent à l’échelle temporelle femto-seconde et dynamique des défauts topologiques dans des ondes de densité de charge.

3 novembre 2010

LPTMS - UMR 8626

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Le mécanisme de « brisure spontanée de symétrie » rend compte d’un très grand nombre de phénomènes, tels que l’apparition d’une aimantation spontanée dans certains matériaux, d’une phase quantique macroscopique dans les supraconducteurs, ou encore de la masse des particules élémentaires dans les théories de champs unifiées. L’étude expérimentale de l’apparition de cette brisure de symétrie est très délicate car les mécanismes en jeu sont extrêmement rapides. Pour pallier ce problème, une collaboration entre des expérimentateurs de Slovénie et un physicien théoricien du laboratoire de physique théorique et modèles statistiques (CNRS/Univ. Paris-Sud 11) - en utilisant des échantillons préparés au GLAM de Stanford - ont mis en œuvre des lasers ultrarapides pour exciter leur échantillon et effectuer leurs mesures. Ces travaux, publiés dans la revue Nature Physics révèlent avec de nouveaux détails la grande variété de phénomènes qui se déroulent durant une transition de phase par brisure spontanée de symétrie.

Le matériau utilisé par les physiciens dans cette étude est du telluride de terbium. A basse température, les électrons de ce matériau s’organisent spontanément en structure périodique : les « ondes de densité de charge ». Pour leur étude, les chercheurs ont dans un premier temps effacé ces modulations en portant le matériau à haute température grâce à une première impulsion laser. Une seconde impulsion « sonde » légèrement décalée dans le temps leur a ensuite permis de mesurer l’organisation des charges électriques alors que celles-ci se réorganisaient avec une résolution femto-seconde. L’analyse théorique de ce système a permis de prédire, et finalement de reproduire par la modélisation sans aucun paramètre d’ajustement, les observations expérimentales, en particulier les distorsions spatio-temporelles des perturbations. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives en dynamique ultra-rapide des systèmes cohérents électroniques fortement hors d’équilibre. L’approche utilisée est prometteuse pour l’étude d’autres systèmes tels que les supraconducteurs, les isolants de Mott, les systèmes avec ordre de charge.

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A gauche : Paramètre d’ordre A(z,t) calculé en fonction de la profondeur z et du temps de retard Δt12. Les ondulations dans la texture espace-temps sont dues à des événements d’annihilation des défauts topologiques. A droite : l’expérience montre à la fois les ondulations globales de A(z,t) ralentissant en temps critiques tc (flèche rouge), et l’apparence des « earthquakes » à partir des événements profondément cachés, à savoir : des annihilations de domaines (flèche blanche).

En savoir plus

Coherent dynamics of macroscopic electronic order through a symmetry breaking transition, R. Yusupov1, T. Mertelj1, V.V. Kabanov1, S. Brazovskii2, P. Kusar1, J.-H. Chu3, I. R. Fisher3 et D. Mihailovic1, Nature Physics, Volume 6, 681–684 (2010).

Contacts chercheurs

Serguei Brazovski, chercheur
Voir sa page personnelle

Informations complémentaires

1Department of Complex Matter, Jozef Stefan Institute, Jamova 39, Ljubljana, Slovenia

2Laboratoire de physique théorique et modèles statistiques (LPTMS), UMR 8626 :

3Geballe Laboratory for Advanced Materials and Department of Applied Physics, Stanford University, California, USA

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
inp-communication cnrs-dir.fr