LPTMS PhD Proposal: Etude des quasiparticules dans l’effet Hall quantique fractionnaire a plusieurs composantes

Responsable: Thierry Jolicoeur 01 69 15 70 29

L'effet Hall quantique fractionnaire (EHQF) bien connu de la physique des electrons bidimensionnels sous champ magnetique tres fort se manifeste par la formation de liquides d'electrons presentant un gap pour toute forme d'excitations au contraire d'une mer de Fermi ordinaire. De nombreux etats de ce genre ont ete decouverts et caracterises ces vingt dernieres annees. Dans les experiences il est frequent que les electrons ne soient pas totalement polarises de spin. Les fonctions d'onde decrivant ces etats sont alors par la force des choses multicomposantes. Alors que dans les gaz d'electrons de GaAs/GaAlAs seul entre en jeu le spin, d'autres materiaux mettent en jeu encore plus de porteurs comme par exemple AlAs ou on a des degres de liberte de vallee. L'exemple qui est au coeur de ce projet est le graphene monocouche dans lequel on a une degenerescence d'un facteur quatre qui est legerement levee. Des progres experimentaux dans la suspension de monocouches rendent l'etude de l'EHQF tres interessante. De nombreux problemes nouveaux surgissent qui peuvent etre etudies par diagonalisation exacte de systemes de petite taille finie. Dans le cas de l'EHQF, un facteur favorable est la degenerescence de Landau: si l'aire du systeme est bornee alors l'espace des etats du niveau de Landau le plus bas est de dimension finie sans troncation ad-hoc. Dans le cas du graphene des experiences en cours commencent a reveler la physique des etats EQHF pour les remplissages « tiers », 2/3, 4/3, 5/3. Ces etats ne sont pas de simples copies des etats deja connus dans les gaz d'electrons bidimensionnels. Il s'agit d'etudier la nature de ces etats et de caracteriser leurs excitations qui possedent des nombres quantiques nonconventionnels comme la charge electrique fractionnaire. Notamment certains de ces etats ont des excitations dites de herissons de spins, les skyrmions qui gouvernent les proprietes de transport electriques. Il faudra utiliser toute une palette d'outils theoriques pour les comprendre.