Yann Alexanian

Magnetic-rare-earth pyrochlore iridates exhibit a rich variety of unconventional phases, driven by the complex interactions within and between the rare-earth and the iridium sublattices. In this study, we investigate the peculiar magnetic state of Tb 2 Ir 2 O 7 , where a component of the Tb 3 + moment orders perpendicular to its local Ising anisotropy axis. By means of neutron diffraction and inelastic neutron scattering down to dilution temperatures, complemented by specific heat measurements, we show that this intriguing magnetic state is fully established at 1.5 K and we characterize its excitation spectrum across a broad range of energies. Our calculations reveal that bilinear interactions between Tb 3 + ions subjected to the Ir molecular field capture several key features of the experiments, but need to be supplemented to fully reproduce the observed behavior.

Dans les oxydes pyrochlores magnétiques R2M2O7 où R3+ est une terre rare (Tb3+, Ho3+) et M4+ un métal de transition (Ti4+, Ir4+, Nb5+ /Sc3+), le réseau pyrochlore associé au principal élément magnétique R est un réseau composé de tétraèdres connectés par leur sommet induisant des comportements complexes dues à de forts effets de frustration magnétique. Cette thèse porte sur l'influence des couplages entre différents degrés de libertés (spin, orbite, charge, réseau) sur les états fondamentaux, les excitations et les propriétés de ces composés.Plusieurs techniques complémentaires sont employées pour cela : chaleur spécifique, magnétométrie, électrométrie, spectroscopie THz sur synchrotron, diffusion de neutrons et simulations numériques.La première étude se concentre sur les effets diélectriques et magnétoélectriques dans R2Ti2O7 (R3+ = Ho3+, Tb3+). Plusieurs contributions sont observées et confrontées au modèle proposé par Khomskii où une polarisation électrique locale est associée aux monopoles magnétiques dans la glace de spin. Des simulations Monte-Carlo suggèrent la nécessité d’aller au-delà de cette interprétation pour comprendre l’ensemble des observations.La seconde étude s’intéresse aux interactions magnéto-élastiques dans Tb2Ti2O7, un composé dont la nature et l’origine de l’état fondamental sont toujours incomprises. Des mesures de spectroscopie THz haute résolution sur synchrotron et sous fort champ magnétique ont mis en évidence l'importance fondamentale de ces interactions dans la physique basse température de ce composé. Un lien entre l'amplitude des hybridations spin-réseau et l'état fondamental liquide spin ou ordre quadrupolaire a été établi en comparant des échantillons de stœchiométrie légèrement différente et en modélisant numériquement ces couplages.L'étude suivante est consacrée à Tb2Ir2O7 qui, à la différence des autres pyrochlores étudiés, possède un ion magnétique Ir4+ sur le site du métal de transition. Ses propriétés magnétiques sont étudiées par diffraction et diffusion inélastique de neutrons mais aussi par une approche numérique. Il est montré que les interactions complexes entre et à l'intérieur des deux sous réseaux magnétiques du système sont responsables de l'ordre magnétique non conventionnel observé à basse température. Le rôle des interactions quadrupolaires est spécifiquement discuté.La dernière étude est préliminaire et est dédiée au composé Tb2ScNbO7. Des mesures magnétiques macroscopiques et de diffusion neutronique ont permis d’étudier l'influence du désordre de charge Sc3+/Nb5+ sur les propriétés magnétiques et l'état fondamental du système.

The fate of the Fermi surface in bulk electron-doped Sr₂IrO₄ remains elusive, as does the origin and extension of its pseudogap phase. Here, we use high-resolution angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES) to investigate the electronic structure of Sr_2−x La _x IrO₄ up to x = 0.2, a factor of two higher than in previous work. We find that the antinodal pseudogap persists up to the highest doping level, and thus beyond the sharp increase in Hall carrier density to ≃ 1 + x recently observed above x* ≃ 0.16¹. This suggests that doped iridates host a unique phase of matter in which a large Hall density coexists with an anisotropic pseudogap, breaking up the Fermi surface into disconnected arcs. The temperature boundary of the pseudogap is T* ≃ 200 K for x = 0.2, comparable to cuprates and to the energy scale of short range antiferromagnetic correlations in cuprates and iridates.

We study the electronic structure of bulk 1T-TaSe_{2} in the charge-density wave phase at low temperature. Our spatially and angle-resolved photoemission data show insulating areas coexisting with metallic regions characterized by a chiral Fermi surface and moderately correlated quasiparticle bands. Additionally, high-resolution laser angle-resolved photoemission reveals variations in the metallic regions, with series of low-energy states, whose energy, number, and dispersion can be explained by the formation of quantum well states of different thicknesses. Dynamical mean field theory calculations show that the observed rich behavior can be rationalized by assuming occasional stacking faults of the charge density wave. Our results indicate that the diverse electronic phenomena reported previously in 1T-TaSe_{2} are dictated by the stacking arrangement and the resulting quantum size effects while correlation effects play a secondary role.

Geometrical frustration, as in pyrochlore lattices made of corner-sharing tetrahedra, precludes the onset of conventional magnetic ordering, enabling the stabilization of fluctuating spin states at low temperature. Disorder is a subtle ingredient that can modify the nature of these exotic non-ordered phases. Here, we study the interplay between disorder and magnetic frustration in the new pyrochlore Tb$_{2}$ScNbO$_{7}$ where the non magnetic site presents a charge disorder Nb$^{5+}$/Sc$^{3+}$. Its quantification with sophisticated diffraction techniques (electrons, X-rays, neutrons) allows us to estimate the distribution of the splitting of the magnetic Tb$^{3+}$ non-Kramers ground state doublets and to compare it with excitations measured in inelastic neutron scattering. Combining macroscopic and neutron scattering measurements, we show that a clear spin glass transition at 1 K stems out while retaining strong spin liquid correlations. Our results suggest that Tb$_{2}$ScNbO$_{7}$ stabilizes one of the novel disorder induced quantum spin liquid or topological glassy phases recently proposed theoretically.