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La frustration dans les systèmes magnétiques provient de l'incapacité de satisfaire simultanément les interactions sur toutes les liaisons. Les interactions dipolaires sont intrinsèquement frustrées car leur nature à long terme rend en général impossible de satisfaire toutes les interactions. Ce n'est que dans le cas simple de dipôles classiques sur un ordre de réseau cubique, comme démontré par Luttinger et Tisza, et l'ordre connexe a été observé expérimentalement dans LiYF4, avec Y = Tb, Ho, Er.
En général, cependant, les interactions dipolaires conduisent à des états liquides de spin, ou, comme dans les trihalogénures de terres rares ErX3 (X = Cl, I, Br), à l'ordre non colinéaire. Nos expériences récentes sur ErI3, montrent que l'état fondamental présente une symétrie émergente U (1) décrite par un modèle XY efficace avec une transition Kosterlitz-Thouless (KT) concomitante dans une phase superfluide de spin. La phase à basse température implique des corrélations de désintégration algébrique et la transition de phase est conduite par la dissociation des paires vortex-antivortex.
Le but de ce projet est d'approfondir notre compréhension des propriétés magnétiques statiques et dynamiques des trihalydes RX3, R = terres rares qui ont des réseaux en nid d'abeilles non déformés. Ces composés sont des systèmes modèles d'aimants bidimensionnels qui subissent des transitions de phase quantique vers une phase spin-superfluide dans des champs magnétiques appliqués. Les transitions de phase quantique sont de nos jours pertinentes dans de nombreux domaines de la physique comme la transition magnétique dans les supraconducteurs à haute température, les transitions métal-isolant, les systèmes de spin quantique spin-liquide ou bicouche.
Comprendre la superfluidité du spin peut ouvrir la porte à de nouveaux dispositifs spintroniques où l'information peut être transportée par des spins sans se dissiper.