Thèse Supraconductivité dans les Composés à Base de Nickel H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : Institut Néel Direction de la thèse : Emilio LORENZO DIAZ ORCID 0000000276653521 Début de la thèse : 2026-09-01 Date limite de candidature : 2026-05-31T23:59:59 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 LaNiO . 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 LaNiO en combinant des manips de diffraction et de spectroscopie de pointe à haute pression et des mesures magnétiques. En mettant en oeuvre 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. The emergence of superconducting (SC) states in the strongly correlated electron systems is one of the great enigmas of condensed matter physics. These SC states are often found next to an ordered phase (magnetic, charge density wave (CDW) or other one), sometimes coupled with a structural distortion, whose fluctuations possibly contribute to such a mechanism. This offers a rich variety of unusual SC Cooper pairs formation with, for example, a spin triplet state or with an orbital symmetry lower than those of the crystal, a so called non s-wave state. Moreover, in these systems, the SC critical temperature Tc can be large compared to the electronic energy scale endowing High Tc superconductors with a critical temperature in the range of several tens up to hundreds of Kelvin. This is the case of the high Tc cuprates [Keimer2015]. Nevertheless, the large number of competing ground states hinder the understanding of the microscopic mechanisms underlying their unconventional superconductivity. In this context, the search for new materials, and the determination of their phase diagram continues to be of paramount importance.
Similar to CuO2 layers in high Tc cuprates, NiO2 layers in infinite layer nickelates form a square lattice with Ni1+ ions in a d9 electronic configuration. This valence of the Ni is unusual and need some specific and advanced chemistry techniques to be obtained. In 2019, a superconducting state was first observed in the films of the infinite layer reduced members of the Ruddlesden Popper family (Sr,Nd)NiO2 and later in thin films of other related compositions showing Tc up to 15K [Li2019]. However, this SC state was never observed in bulk crystals in spite of considerable effort of the international community. Intriguingly, SC was recently found under high pressure in bulk samples of other perovskite-based layered nickelates, Lnn+1NinO3n+1 with a different d7/d8 configuration: i.e. in the bilayer La3Ni2O7 and three-layers La4Ni3O10 compounds with maximal Tc values of 80K (respectively 30K) above 14 GPa [Sun2023, Zhu2024, Zhang2025, Li2025]. The very high critical temperature of the bilayer system attract a lot of attention (for a recent review [Puhab2025]). However, the exact nature of the crystallographic structure, the influence of the apical oxygen (O4 in Fig.1 right panel), the proximity of a large numbers of electronic ground states and the difficult growth techniques challenge the understanding of the superconductivity in this system.

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.