Étude du transport thermique dans l'isolant magnétique α-RuCl3 : candidat de liquide de spins quantique Kitaev

Abstract

Cette thèse traite des mesures de transport de chaleur dans le matériau quantique α-RuCl3, un isolant de Mott qui a été proposé comme étant un candidat prometteur pour la réalisation de l’état liquide de spins quantique Kitaev. Le transport thermique constitue une sonde de choix pour l’exploration des matériaux quantiques, notamment pour étudier la nature des excitations de basse énergie. Les mesures expérimentales de conductivité thermique de Hall et de magnétoconductivité thermique à basse température ont guidé cette thèse dans laquelle l’isolant magnétique α-RuCl3 a été le fil conducteur. Ce matériau faisant l’objet de débats en lien avec la nature d’un état allégué induit sous champ qui serait un liquide de spins quantique a été étudié avec le transport de façon à enquêter sur la nature des porteurs de chaleur dans les différentes régions du diagramme de phases. La première étude décrite au chapitre 3 s’est intéressée à la conductivité thermique de Hall κxy (T) dans plusieurs échantillons de α-RuCl3. L’étude utilise ce coefficient de transport de manière à sonder les différentes régions principales du diagramme de phases et cherche à vérifier les possibles signatures de l’état liquide de spins quantique Kitaev notamment celle des fermions de Majorana qui consiste en un κxy à demi-quantifié. Il s’avère que les résultats de cette étude mettent en lumière le rôle important des phonons dans le transport et remettent en question la validité de l’annonce récente de la signature des fermions de Majorana dans α-RuCl3 [1]. La deuxième étude présentée au chapitre 4 s’est intéressée à la magnétoconductivité thermique κxx (B) dans deux échantillons de α-RuCl3. L’observation récente d’un motif oscillant dans la région potentiellement liquide de spins quantique a été interprétée comme des oscillations quantiques provenant de la surface de Fermi de fermions neutres [2]. Cependant, notre étude démontre que les oscillations tiendraient leur origine d’une succession de transitions d’ordre magnétique. À l’aide des données de κxx (B), des détails fins du diagramme de phases de α-RuCl3 ont permis de favoriser le scénario selon lequel les phonons sont les principaux porteurs de chaleur à basse température et que leur libre parcours moyen est affecté par ces anomalies magnétiques.