Le CNRS
Liens utiles CNRSLe CNRSAnnuairesMots-Clefs du CNRSAutres sites
Accueil In2p3Accueil In2p3

Rechercher :

Rechercher:

  Accueil > Infos recherche > Nouvelles scientifiques

Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 21 septembre 2009

 

Découverte d’une instabilité de la surface de Fermi lors de la transition "d’ordre caché" du métal URu2Si2

 

Une équipe du CSNSM(1) (CNRS(2) / Université Paris Sud), en collaboration avec des chercheurs allemands(3) et grenoblois(4), a découvert une instabilité dans la surface de Fermi du métal URu2Si2 lors de sa transition de phase dite "d’ordre caché". Cette découverte est cruciale pour la compréhension, en physique du solide, de l’élusif et fascinant paramètre d’ordre caché, fortement lié au phénomène de la supraconductivité pour un même matériau. Ce résultat a fait l’objet d’un article dans la revue Nature Physics (septembre 2009).

 

La réorganisation d’un système lors d’une transition de phase est généralement accompagnée d’une rupture de symétrie et l’apparition d’un paramètre d’ordre. La cristallisation de l’eau, l’alignement des spins électroniques dans un aimant, l’apparition de la supraconductivité dans un métal refroidi, ou encore l’apparition de particules massives dans l’Univers primitif sont tous des exemples de transitions de phase.
La plupart du temps, le paramètre d’ordre associé à la transition est facilement identifié, mais il existe des cas pour lesquels on observe une transition de phase claire sans que l’on puisse identifier le paramètre d’ordre correspondant : on est confronté à un "ordre caché"(5). En physique des particules, par exemple, des modes collectifs de masse non nulle (modes "lourds", les bosons W et Z) émergent suite à une brisure de symétrie de l’interaction électrofaible. Le paramètre d’ordre associé à cette brisure de symétrie serait l’hypothétique boson de Higgs, encore non détecté et objectif majeur du LHC. En physique du solide, un exemple paradigmatique d’ordre caché est le métal URu2Si2, qui présente une transition de phase de deuxième ordre à une température To = 17,5 K, et dont le paramètre d’ordre associé reste un mystère après plus de 25 ans de recherche intensive tant expérimentale que théorique.
Dans ce matériau, les fortes répulsions entre les électrons de conduction mettent en compétition les comportements localisés et itinérants de ces électrons. La question critique est de savoir si l’ordre caché dans l’URu2Si2 survient des électrons des orbitales f localisés sur les atomes d’uranium, ou si au contraire des électrons lourds(6) itinérants, autrement dit ceux qui circulent dans tout le métal, sont à l’origine de l’instabilité donnant lieu à la transition.

Les chercheurs ont mené des expériences de spectroscopie de photoémission résolue en angle (Arpes) pour sonder les excitations collectives de basse énergie de ce matériau, et leurs changements lors de la transition d’ordre caché. Ils ont découvert que quand l’URu2Si2 est refroidi à son état d’ordre caché, une bande d’électrons lourds, ayant une masse 25 fois supérieure à la masse de l’électron, migre des états d’énergie microscopiques non occupés vers les états microscopiques occupés, causant une instabilité dans la surface de Fermi qui sépare ces deux ensembles d’états et qui est responsable du comportement macroscopique du métal(7).

 

À gauche, spectre Arpes au-dessous de la température d’ordre caché (intensité en couleur en fonction de l’énergie de liaison et le vecteur d’onde électronique). Les lignes en pointillés montrent une bande d’électrons lourds et une bande de conduction hybridées. À droite, évolution en température du pic spectral des électrons lourds, intégré sur tous les vecteurs d’onde. La température d’ordre caché est To = 17.5 K. Crédit: Andrés F. Santander-Syro

 

(1) Centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse
(2) CNRS/IN2P3 : Institut national de physique nucléaire et de physique des particules du CNRS
(3) Universität Würzburg, Universität Würzburg et Karslruhe Gemeinschaftslabor für Nanoanalytik
(4) Institut Néel (CNRS)
(5) V. Tripathi, P. Chandra and P. Coleman. Sleuthing hidden order. Nature Physics 3, 78 (2007)
(6) Il s’agit de masse effective : comme les électrons interagissent fortement les uns avec les autres, leurs masses effectives sont plus élevées que celle d’un électron libre et isolé.
(7) A. F. Santander-Syro et al. Fermi-surface instability at the ‘hidden-order’ transition of URu2Si2. Nature Physics DOI: 10.1038/nphys1361 (July 2009)

 

Contact chercheur

  • Andrés F. Santander-Syro, Tél : 01 69 15 52 22 / 01 40 79 44 90
Barre d'outils Accueil Imprimer Plan du site Crédits Se rendre à l'institut Boîte à outils