Soutenance de thèse d'Hicham Moutaabbid

Hicham Moutaabbid, ingénieur dans l'équipe Design et étude de nouveaux matériaux à propriétés remarquables (DEMARE) soutient sa thèse intitulée "Localisation et corrélations électroniques en deux dimensions dans des nouvelles phases dérivées de 1T-VS₂" le jeudi 22 septembre 2016 à 14 h.

IMPMC, Université P. et M. Curie, 4, Place Jussieu, 75005 Paris   Salle de conférence, 4^e étage, Barre 22-23, Salle 1

Résumé

Ce travail de thèse a pour but d’étudier la stabilité des phases métalliques et isolantes, en compétition dans le composé bidimensionnel 1T-VS₂ et dans ses composés dérivés  Cu_2/3V_1/3V₂S₄ et Sr₃V₅S₁₁. Afin de pouvoir déterminer les propriétés électroniques et de transport de ces nouvelles phases, nous avons dû, tout d’abord, développer et optimiser les conditions ad hoc de synthèse sous haute pression, permettant d’obtenir des monocristaux de haute qualité. Un important succès de notre étude est la possibilité de contrôler la concentration, x, des atomes interstitiels V, situés entre les plans de VS₂ dans le système V_1+x S₂, et ce, en variant la pression de synthèse. Le diagramme de phase T-x du système a pu être ainsi exploré. Le résultat principal de cette étude est la disparition immédiate de la phase CWD, observée pour le composé stœchiométrique x = 0, avec x alors que les propriétés métalliques augmentent simultanément. Dans Cu_2/3V_1/3V₂S₄, nous montrons que la substitution partielle de V par Cu transforme complétement le système en fermion semi-lourd qui conserve les caractéristiques d’un liquide de Fermi jusqu’à 20K, alors qu’apparaît une transition Kondo. Ces phénomènes, inattendus dans les sulfures, suggèrent que l’importance des corrélations électroniques peut être pilotée par la nature chimique et/ou la concentration de l’atome intercalant. L’importance modérée des corrélations électroniques dans Cu_2/3V_1/3V₂S₄, devrait permettre une description théorique fiable de la disparition du régime de liquide de Fermi. Dans Sr₃V₅S₁₁, les corrélations électroniques jouent aussi un rôle important et conduisent à une phase isolante, alors que ce devrait être un métal dans un modèle conventionnel de bandes. La dimensionnalité réduite dans ce composé, à la fois, par le grand espacement des plans de VS₂ et par la modulation structurale 1D des couches, serait responsable de l’augmentation des corrélations électroniques. Des études complémentaires devraient permettre de préciser si le mécanisme de faible localisation d’Anderson contribue à stabiliser un état isolant pour les plans de VS₂, initialement métalliques.

Mots clés: sulfures lamellaires de métal de transition ; dopage électronique ; effet de dimensionnalité; transition Mott-Anderson; corrélations électroniques; liquides de Fermi; transition Kondo.

Abstract

This thesis work aims at studying the stability of the metallic and insulating phases that compete in the two-dimensional 1T-VS₂ system and related compounds, Cu_⅔V_⅓V₂S₄, andSr₃V₅S₁₁. We have developed and optimized ad hoc high-pressure synthesis routes in order to stabilize the above novel phases in the form of high-quality single crystals, which enabled us to reliably investigate their electronic and transport properties. An important achievement of our study is the control of the concentration, x, of interstitial V atoms located between adjacent VS₂ planes in the V_1+xS₂ system, which is obtained by varying synthesis pressure. This has enabled us to explore the T-x phase diagram of the system. The main result of this study is that the CDW phase observed in the stoichiometric (x=0) phase quickly disappears with x, whilst the metallic properties are enhanced. In Cu_⅔V_⅓V₂S_4, the partial substitution of V for Cu in the interstitial site is found to completely change the system into a semi-heavy fermion with pronounced Fermi-liquid characteristics down to ~20 K, where a Kondo transition occurs. These unexpected phenomena in sulfides suggest that the strength of the electronic correlations in these compounds can be tuned by simply varying the chemical nature and concentration of the intercalant atom. The moderate strength of the correlations in Cu_⅔V_⅓V₂S₄ opens the way towards a reliable theoretical description of the breakdown of the Fermi liquid regime. Electronic correlations appear to be important also to drive an insulating phase in Sr₃V₅S₁₁, which should be a metal within a conventional band picture. In this case, the correlations may be enhanced by the reduced dimensionality caused by a large spacing between VS₂ layers and by a 1D structural modulation of the layers. Further studies may clarify whether the Anderson’s mechanism of weak localization contributes to the stabilization of an insulating state in the pristine metallic VS₂ planes.

Keywords: Layered transition metal sulfides; electron doping; effects of dimensionality; Mott-Anderson transition; electronic correlations; Fermi liquids; Kondo transition.

Jury

M Alfonso San Miguel, Professeur Université Lyon1, ILM - Rapporteur

M Laurent Cario, Directeur de Recherches CNRS, IMN - Rapporteur

Mme Corinne Chaneac, Professeur UPMC, LCMCP - Examinateur

Mme Claudia Decorse, Maître de conférences Université Paris Sud, ICMMO - Examinateur

M Andrea Gauzzi, Professeur UPMC, IMPMC - Directeur de thèse