LABORATOIRE DE PHYSIQUE THEORIQUE DE LA MATIERE CONDENSEE

La recherche développée au sein du Laboratoire de physique théorique de la matière condensée couvre des domaines allant de la physique classique à la physique quantique. Les questions abordées sont d'ordre conceptuel ou pratique. Le laboratoire est organisé en 3 pôles de recherche, séparés en différents thèmes :
 
Dans ce pôle, des outils de physique statistique classiques sont appliqués à l'étude de systèmes biologiques, chimiques et géologiques, en lien étroit avec l'expérience.
Le pôle 'Physique statistique' développe de nouvelles approches théoriques permettant l'étude de systèmes désordonnés, frustrés ou hors de l'équilibre thermodynamique.
Le troisième pôle, enfin, se concentre sur l'étude théorique des corrélations fortes dans une large gamme de systèmes quantiques.

 

Physique statistique et modélisation pour la chimie, la géochimie et la biologie

6 thèmes, 15 membres permanents, 13 non permanents.

L'activité de recherche du pôle « Physique statistique et modélisation pour la chimie, la géochimie et la biologie » est centrée sur l'étude des systèmes complexes. Nous cherchons à établir des liens entre la composition, la structure hétérogène à petite échelle, la dynamique simple ou collective des processus sous jacents et les propriétés macroscopiques du milieu. De la très grande variété des systèmes étudiés au sein du pôle il découle une extrême richesse de comportements. Les thèmes abordés couvrent un large spectre, de la science des matériaux à la biologie en passant par la chimie analytique et la géologie. Ces questions sont traitées par des méthodes analytiques et/ou numériques avec le souci constant d'être en adéquation avec la réalité expérimentale.
 

 

Physique statistique

5 thèmes, 12 membres permanents, 3 membres non permanents.

Mots clés : transition de phase à l’équilibre, hors de l’équilibre, systèmes désordonnés, transition vitreuse, verres de spin, systèmes frustrés, matériaux granulaires, hystérésis et métastabilité, mouillage, membranes, modèles intégrables.

L’objet de la mécanique statistique moderne est la compréhension des phénomènes induits par les fortes fluctuations présentes dans un système à N corps en interaction, que ces fluctuations soient d’origine thermique, quantique, ou bien associées au désordre inhérent à tout système réel. Alors que la physique de systèmes “purs” ou “simples”, c’est à dire non frustrés, non désordonnés, et à l’équilibre thermodynamique, est aujourd’hui en grande partie comprise, il en va tout autrement de systèmes complexes dans lesquels interviennent, par exemple, la frustration ou le désordre ou qui sont caractérisés par des comportements hors de l’équilibre, des phénomènes de vieillissement, etc. Dans ces cas les techniques usuelles, qu’elles soient analytiques ou numériques, sont souvent mises en défaut et il est nécessaire de développer de nouvelles approches: techniques auto-consistantes, renormalisation non perturbative ou bien méthodes numériques et de simulation adaptées. Enfin, dans le domaine spécifique des modèles sur réseau présentant des symétries infinies discrètes de type birationnelles, on peut entreprendre une résolution reposant sur les propriétés d’intégrabilité du modèle.

 

Corrélations quantiques

4 thèmes, 11 membres permanents, 5 non permanents.

L'existence de fortes corrélations dans les systèmes quantiques (solides (supra-)conducteurs, isolants magnétiques, gaz atomiques ultrafroids, etc.) donne lieu à de nouveaux phénomènes physiques qui ne peuvent être appréhendés par les théories habituelles de la matière condensée comme la théorie des liquides de Fermi, la théorie BCS de la supraconductivité ou la théorie de Weiss du magnétisme. Citons par exemple les supraconducteurs à haute température critique, le gaz d'électrons en basse dimension, l'hélium 3 solide ou liquide, les liquides de spins ou les gaz ultrafroids fermioniques à nombre quantique de spin élevé. Notre activité concerne l'étude théorique des corrélations fortes dans une large gamme de systèmes quantiques, à la fois d'un point de vue conceptuel (nature de l´état fondamental et des excitations de basse énergie, description des transitions de phase quantiques induites par les corrélations, etc.) et pratique (conséquences expérimentales).