Fermions Fortement Corrélés

Domaines de recherche

Les travaux du groupe FFC couvrent plusieurs sujets de pointe en physique de la matière condensée, avec un accent particulier sur le magnétisme quantique, le désordre, et les systèmes fortement corrélés. Ces systèmes sont caractérisés par une interaction complexe entre la mécanique quantique et les interactions à plusieurs corps, conduisant à des états fondamentaux très non triviaux et à des phases de basse température. Voici quelques domaines de recherche clés :

• Magnétisme quantique et frustration
  Le groupe étudie les systèmes magnétiques où les interactions entre spins engendrent des tendances concurrentes, ce qui aboutit à des configurations frustrées empêchant le système d’adopter un ordre magnétique conventionnel. Cela conduit à l’apparition d’états quantiques novateurs, comme les liquides de spin où l’ordre magnétique à longue portée est absent même à une température absolue de zéro.

• Systèmes quantiques fortement corrélés
  Dans les matériaux présentant de fortes interactions électron-électron (cuprates, conducteurs organiques, pnictures de fer, etc.), les descriptions classiques échouent. Cela donne lieu à des phénomènes comme la supraconductivité non conventionnelle ou des textures magnétiques (comme les skyrmions). De plus, le rôle des fluctuations quantiques est particulièrement prononcé dans les systèmes quantiques corrélés unidimensionnels, où des techniques analytiques et numériques avancées sont nécessaires pour dépasser les théories de champ moyen.

• Phases topologiques
  Le groupe est également actif dans l’étude des systèmes ordonnés topologiquement et des phases topologiques protégées par symétrie. Dans ces systèmes, les phases quantiques se distinguent non pas par des paramètres d’ordre locaux, mais par des invariants topologiques globaux. Ce domaine est essentiel pour comprendre l’informatique quantique et l’informatique quantique topologique.

• Désordre et localisation à plusieurs corps (MBL)
  Un domaine clé des travaux du groupe concerne l’étude des systèmes quantiques désordonnés, en particulier dans le contexte de la localisation à plusieurs corps. La MBL est un phénomène fascinant où le désordre peut empêcher la thermalisation dans un système quantique en interaction, entraînant un comportement non-ergodique et la persistance de la cohérence quantique sur des temps infinis.

Méthodes

Le groupe FFC utilise une combinaison de techniques analytiques et de méthodes numériques de pointe pour étudier ces systèmes. Les approches analytiques incluent les théories de champ effectives et les techniques de groupe de renormalisation, qui fournissent un cadre conceptuel pour comprendre les excitations à basse énergie et les transitions de phase dans les matériaux quantiques. Numériquement, le groupe maîtrise la diagonalisation exacte, les simulations Monte Carlo quantiques, les approches par réseaux de tenseurs, et le groupe de renormalisation de la matrice de densité. Ces outils leur permettent de traiter à la fois de grands systèmes et des phases quantiques complexes qui échappent aux calculs analytiques simples.