Systèmes désordonnés et physique statistique

A variety of disordered systems are studied in the group with different aims, perspectives and methods of solution, ranging from model Hamiltonians to realistic ab initio simulations. Some of the relevant topics un- der current study are summarized below.

Transport properties of organic semiconductors and devices

Crystalline organic semiconductors have been puzzling the scientific community for the last 50 years, and de- spite decades of active investigation there is still no well-established theory of charge transport. These materials exhibit a ‘‘bandlike’’ mobility characterized by a power-law decrease with temperature, but with absolute values close to the Mott-Ioffe-Regel limit, corresponding to mean free paths that are comparable or even lower than the intermolecular spacing. In this situation, neither the conventional bandlike description of wide-band inorganic semiconductors, nor the opposite localized picture where carriers hop classically from molecule to molecule apply.

In order to understand the transport mechanism of organic semiconductors and devices we have been developing an original scenario, termed “transient localization”, which identifies the thermal vibrations of the molecular lattice as the key factor limiting the carrier mobility. Molecular vibrations, that are seen by the electrons as a strong source of disorder, makes these systems prone to Anderson localization while at the same time allowing for a diffusive transport behavior. The duality embodied in the transient localization scenario has allowed us to give a natural explanation for several features experimentally observed in organic semiconductors such as the low values of the mobility, its power-law temperature dependence, its strong sensitivity to the electrostatic environment and to extrinsic sources of disorder, as well as the existence of a previously unexplained localization peak in the optical conductivity.

[Minder et al, Adv. Mater. 2014]

Models in statistical mechanics.

Potts models are generalizations of the famous Ising model, which have been introduced to modelize experi- mental situations not described by the original Ising model. These soon became also very interesting from the point of view of model studies. We have investigated the properties of the disordered Potts model in the particular case of an arbitrary large number of states, which makes exact calculations possible.

In high energy physics a model has been introduced which could be an effective model of the lattice quantum chromodynamics. In the so-called quenched approximation this model can be seen as a disordered particular lattice statistical mechanics model. We have shown using extensive Monte-Carlo simulations that this quenched approximation is not valid, and therefore a much more complicated model needs to be considered.

Experiments of sorption of helium in porous media have been performed at the Institut NEEL. These experiments include optical measurements and provide valuable information about the correlations in the fluid, in ad- dition to the usual thermodynamical measurements. We have developed a phenomenological model, in the spirit of percolation models, aimed at reproducing these experimental results. The goal is to disentangle the various contributions to the vaporization or liquefaction phenomena.

Phase diagram of the disordered Potts model on a hierarchical lattice, in polar logarithmic coordinates. The two parameters are temperature and disorder. These results suggest that in proximity of the ti-critical point, the phase diagram is self-similar.

Cohérence quantique - CQ

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Révéler des phénomènes quantiques dans des circuits électroniques nanométriques
Hélium : du fondamental aux applications - HELFA

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Hélium comme système modèle, hydrodynamique et turbulence, spatial et astrophysique, instrumentation et développement cryogénique.
Magnétisme et Supraconductivité - MagSup

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Equipe Magnétisme et supraconductivité à l’Institut NEEL - Systèmes impliquant différents degrés de liberté comme la charge, le spin ou le réseau.
Optique et Matériaux - OPTIMA

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Rassembler une chaine de compétence complète qui va de la synthèse et l’élaboration de matériaux nouveaux à l’étude des propriétés optiques non linéaires et plasmoniques
Matériaux, Rayonnements, Structure - MRS

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Compréhension des propriétés physico-chimiques de matériaux complexes sur la base d’une connaissance fine de leur structure
Micro et NanoMagnétisme - MNM

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Complementary expertise in fabrication, characterisation, and simulations for studies in nanomagnetism with applications in spin electronics and micro-systems
Nano-Electronique Quantique et Spectroscopie - QNES

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Transport électronique et spectroscopie locale de structures quantiques
Nano-Optique et Forces - NOF

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Nano - optique et forces
Nanophysique et Semiconducteurs - NPSC

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Élaboration de nanostructures de semi-conducteurs III-V et II-VI et étude de leurs propriétés physiques en vue de nouvelles fonctionnalités
Nanospintronique et Transport Moléculaire - NanoSpin

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Studying magnetism at the nanoscale, where classical and quantum properties can be combined and used for molecular quantum spintronics
Semi-conducteurs à large bande interdite - SC2G

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De la physique du diamant et autres semi-conducteurs à grand gap vers les applications en électronique et biotechnologies
Surfaces, Interfaces et Nanostructures - SIN

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Etudes expérimentales et théoriques de systèmes de basse dimensionnalité
Systèmes Hybrides de basse dimensionnalité - HYBRID

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Propriétés électroniques, optiques, vibrationnelles, mécaniques, et leur couplage à l’échelle quantique, de nouveaux systèmes hybrides (nanotubes, graphène, matériaux bi-dimensionnels, fonctionnalisés) que l’équipe développe.
Théorie de la Matière Condensée -TMC

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Phénomènes physiques nouveaux dans les matériaux et systèmes modèles.
Thermodynamique et biophysique des petits systèmes - TPS

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Instrumentation ultrasensible pour sonder les propriétés électronique et thermique : de la matière condensée à basse température aux systèmes biologiques à l’ambiante.
Théorie Quantique des Circuits - ThQC

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Étude théorique du transport électronique dans des dispositifs nanométriques aux propriétés quantiques remarquables.
Ultra-basses températures - UBT

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La physique quantique à la limite des ultra-basses températures.
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