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Surface de Fermi de la phase à ordre caché d’URu2Si2 dans des champs magnétiques intenses pulsés de 81 T

Après plus de 20 ans d’études, le système à fermions lourds URu2Si2 continue de constituer un problème non résolu, du fait de sa phase dite à “ordre caché” qui se développe sous T0 = 17.5 K et dont le paramètre d’ordre n’a toujours pas été identifié. Nous avons mené une étude intensive sur des mono-cristaux de très grande pureté d’URu2Si2 en mesurant leur résistivité dans des champs magnétiques pulsés de 81 T à une température de 1.4 K, et de 60 T à des températures jusqu’à 100 mK.

Dans un champ H appliqué selon l’axe facile c, une forte dépendance avec la qualité des échantillons de la résistivité est attribuée à une forte mobilité des porteurs. Des analyses de Fourier des oscillations Shubnikov-de Haas montrent que μ0HLTρ,max, auquel ρx,x est maximal, coïncide avec une modification soudaine de la surface de Fermi, alors que H, où un changement de pente de ρx,x est reporté, réside dans un régime où la surface de Fermi est progressivement modifiée. Le couplage entre les propriétés magnétiques et orbitales est démontré par la dépendance en angle du diagramme de phase : les champs magnétiques caractéristiques des transitions de phase magnétiques et de « crossovers » liés à l’état de surface de Fermi suivent tous des lois en 1/cosθ law, θ étant l’angle entre H et c.

Pour H parallèle à a, (i) aucune transition de phase n’est observée à basse température et le système reste dans la phase à ordre caché jusqu’à 81 T, (ii) des oscillations quantiques survivent jusqu’à 7 K et sont associées à une nouvelle orbite de fréquence Fλ =1350 T et de faible masse effective, de l’ordre de la masse de l’électron libre, et (iii) la surface de Fermi n’est pas modifiée dans des champs allant jusqu’à 81 T.

Ces nouveaux résultats obtenus dans les conditions extrêmes uniques offertes par les installations du LNCMI-T, dans des champs pulsés de longue durée supérieurs à 80 T (à une température de 1.4 K ici) et dans des températures descendant jusqu’à 100 mK (à des champs allant jusqu’à 60 T ici) constituent une nouvelle étape dans la compréhension des corrélations entre la phase à ordre caché, la surface de Fermi, et les propriétés magnétiques d’URu2Si2.

Référence :
- G. W. Scheerer, W. Knafo, D. Aoki, M. Nardone, A. Zitouni, J. Béard, J. Billette, J. Barata, C. Jaudet, M. Suleiman, P. Frings, L. Drigo, A. Audouard, T. D. Matsuda, A. Pourret, G. Knebel, and J. Flouquet, Fermi surface in the hidden-order state of URu2Si2 under intense pulsed magnetic fields up to 81 T, Phys. Rev. B 89, 165104 (2014).

Voir aussi :
- G. W. Scheerer, Ph-D Thesis, Université de Toulouse
- G. W. Scheerer, W. Knafo, D. Aoki, G. Ballon, A. Mari, D. Vignolles, and J. Flouquet, Interplay of magnetism, Fermi surface reconstructions, and hidden order in the heavy-fermion material URu2Si2, Phys. Rev. B 85, 094402 (2012).