SciPost Thesis Link
| Title: | Effets des corrélations électroniques et du champ magnétique dans les semi-métaux de Weyl | |
| Author: | Shaheen Acheche | |
| As Contributor: | (not claimed) | |
| Type: | Ph.D. | |
| Field: | Physics | |
| Specialties: |
|
|
| Approaches: | Theoretical, Computational | |
| URL: | https://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/14630 | |
| Degree granting institution: | PhD | |
| Supervisor(s): | André-Marie Tremblay | |
| Defense date: | 2018-12-18 |
Abstract:
La découverte récente des semi-métaux de Weyl a ouvert la voie vers de nouvelles avenues de recherches. Une des questions soulevées par leur existence dans des matériaux réels est l'impact des corrélations électroniques dans des propriétés générales, topologiques et de transport lorsqu'ils sont soumis ou non à un champ magnétique externe. Pour répondre à cette question, cette thèse se divise en quatre grands points: En se basant sur un modèle sur réseau brisant la symétrie par renversement du temps, un premier état des lieux sur les propriétés générales de semi-métaux de Weyl dans le paradigme de la théorie du champ moyen dynamique est dressé. A l'aide d'un solutionneur d'impureté basé sur la diagonalisation exacte, l'étude de propriétés sensibles aux corrélations électroniques comme la double occupation et le poids de quasi-particules nous permet de conclure que les semi-métaux de Weyl sont des matériaux peu corrélés. Cependant, les interactions peuvent entraîner de profonds changements sur les propriétés intrinsèques des nœuds de Weyl comme leur nombre ou leur position dans la zone de Brillouin. Les mécanismes derrière ces changements ont été étudiés d'un point de vue diagrammatique ainsi que par le biais des symétries du réseau. A partir de ce premier état des lieux, nous avons étudié l'impact des corrélations électroniques sur l'effet Hall anormal et sur l'aimantation orbitale de semi-métaux de Weyl ferromagnétiques. La renormalisation des propriétés intrinsèques aux nœuds de Weyl du fait des interactions électron-électron de type Hubbard augmente la contribution topologique à l'effet Hall anormal. Cependant, bien qu'intimement liée aux conductivités transverses et donc à la conductivité de Hall anormale, l'aimantation orbitale n'est pas une quantité protégée topologiquement. Du fait des interactions, cette dernière se voit être le théâtre d'une compétition entre deux mécanismes antagonistes: d'un côté, le renforcement de l'effet Hall anormal a tendance à augmenter les valeurs de l'aimantation orbitale alors que de l'autre côté, le poids de quasi-particules entraîne la tendance inverse. Lorsque les corrélations électroniques sont modérément faibles, cette compétition résulte en un quasi match nul et l'aimantation orbitale n'est que faiblement affectée par les interactions. A contrario, dans le régime des fortes corrélations, c'est le poids de quasi-particules qui domine et qui entraîne une diminution de l'aimantation. Dans une troisième partie, nous avons prouvé de façon rigoureuse la validité de la théorie de champ moyen dynamique lorsque l'effet orbital induit par un champ magnétique externe affecte la dispersion d'énergie des électrons. Pour montrer l'étendue du potentiel de cette méthode, nous l'avons appliquée sur le réseau carré soumis à un champ magnétique externe avec un rapport de flux magnétique rationnel. Ainsi, la théorie de champ moyen capture parfaitement la physique des électrons soumis à un champ magnétique externe dont elle exhibe d'intéressantes propriétés comme la renormalisation de la pulsation cyclotron ou les oscillations quantiques dans le temps de demi-vie des quasi-particules. Enfin, la dernière partie de ce travail de thèse consiste à appliquer la théorie du champ moyen dynamique sur un semi-métal de Weyl avec interaction d'Hubbard et soumis à un champ magnétique. A basse température, ce système exhibe les mêmes propriétés générales qu'en absence de champ magnétique. Lorsque l'on augmente la température, deux régimes distincts sont visibles dans la double occupation et les transitions d'un régime à l'autre se font de manière indépendante de l'intensité du champ magnétique. En matières de propriétés de transport, on note la présence d'une magnéto-conductivité positive caractérisée par l'apparition d'un pic de Drude. L'évolution de ce dernier est entièrement gouvernée par le poids de quasi-particules. Enfin, nous montrons que la transition entre les deux régimes de température est aussi visible avec le comportement thermique de la conductivité optique.