Supraconductivité dans les composés à base de Nickel // Superconducting Nickelates under pressure

La supraconductivité à haute température critique a récemment été découverte sous haute pression dans une large famille d'oxydes à base de nickel, les nickelates. Avec une température critique pouvant atteindre 80 K sous une pression appliquée de 15 GPa, le nickelate La3Ni2O7 figure parmi les supraconducteurs à fortes corrélations électroniques avec les Tc les plus élevées. Les nickelates supraconducteurs présentent de fortes similitudes avec les cuprates à haute Tc, mais s'en distinguent également. La pression est un excellent moyen de modifier l'état fondamental du système. Des ondes de densité de charge associées à des phases magnétiques apparaissent à basse température, à proximité de la phase supraconductrice. De plus, une transition structurale pourrait jouer un rôle particulier sur les propriétés électroniques et l'état supraconducteur.
Récemment, nous avons fait croître des monocristaux de haute qualité du supraconducteur tri-couches de nickelates La₄Ni₃O₁₀ . L'objet de cette thèse est de clarifier le lien et la nature des différentes phases électroniques. Au cours de ce projet de doctorat, nous établirons un diagramme de phases clair pour La₄Ni₃O₁₀ en combinant des manips de diffraction et de spectroscopie de pointe à haute pression et des mesures magnétiques. En mettant en œuvre une technique spéciale sur la ligne de lumière ID15b de l'ESRF afin de réduire le bruit de fond dans l'environnement à haute pression, nous serons en mesure de suivre l'évolution de l'onde de densité de charge en fonction de la pression et de la température. Nous développerons également de nouvelles techniques basées sur des mesures de résistivité sans contact afin de corroborer la transition de phase avec la transition supraconductrice. Enfin, une étude approfondie des phonons et des mesures de spectroscopie aux rayons X seront entreprises pour mieux comprendre le liens entres les phases électroniques dans ce système.
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High-temperature superconductivity has recently been discovered in nickelates under high pressure. With critical temperatures of up to 80 K under applied pressure of 15 GPa, the bilyer nickelates La3Ni2O7 is among the correlated superconductors with the highest Tc. The superconducting nickelates bear strong similarities to, but also differ from, the high Tc cuprates. Pressure is an excellent way to fine-tune the system's ground state. Charge density waves associated with magnetic phases appear at low temperatures in proximity to the superconducting phase. Furthermore, a structural transition could play a particular role on the electronic properties and the superconducting states.

Recently, we have grown high quality single crystals of the trilayer nickelates La₄Ni₃O₁₀ , that becomes superconducting at 30K to clarify the link and nature of the different phases. During this PhD project, we will establish a phase diagram of La₄Ni₃O₁₀ by combining state-of-the-art high-pressure synchrotron facilities and magnetic measurements. By implementing a special technique on the ID15b beamline to reduce the background in the high-pressure environment, we will follow the pressure-temperature evolution of the charge density wave. We will also develop new techniques based on contactless resistivity measurements to corroborate the phase transition with the superconducting transition. Finally, an extended phonon study and X-ray spectroscopies measurements will be undertaken to further understand the interplay between electronic and magnetic instabilities on La₄Ni₃O₁₀.
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Début de la thèse : 01/09/2026

Plan Investissement d'Avenir (Idex, Labex)

Université Grenoble Alpes

47 PHYS - Physique

Cette thèse expérimentale nécessitera le développement de nouvelles techniques de mesure sous pression, mais aussi l'utilisation de techniques de mesures éprouvées pour étudier les supraconducteurs à base de Nickel. Le candidat devra avoir un vif intérêt pour le travail expérimental et les mesures en grands instruments. Il sera habile pour la manipulation des petits échantillons et aura une formation initiale lui permettant de réaliser une instrumentation cryogénique et de comprendre les techniques de rayons X. Il sera chargé de mettre au point un nouveau montage expérimental en condition extrême de pression. La maîtrise des langages de programmation (en particulier Python) serait un atout. Le candidat analysera les données acquises et les comparera à des modèles théoriques, qu'il devra maîtriser. Une solide formation en physique des solides est requise. Nous recherchons une personne proactive, curieuse et capable de travailler efficacement au sein d'équipes de recherche dans deux laboratoires différents. Une grande capacité à rédiger et à communiquer les résultats de recherche dans des articles et lors de conférences est également attendue.
This PhD project involves a significant amount of measurement and technical development. The ideal candidate should have a strong interest in hands-on work, including handling small samples, cryogenic instrumentation, X-ray techniques, and large-scale facilities. They will be responsible for developing new high-pressure experimental setups. A thorough understanding of the measurement chain is essential. Proficiency in programming languages (especially Python) would be a plus. The candidate will analyze the acquired data and compare it with theoretical models, which they will need to master. A solid background in solid-state physics is required. We are looking for someone who is proactive, curious, and able to work effectively within research teams in two different laboratories. Strong ability to write up and communicate research findings in papers and conferences is also expected.