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Theses Year : 2023

Anomalous transport properties of the skyrmion compound EuPtSi

Propriétés de transport anormales dans le composé skyrmionique EuPtSi

Abstract

In this thesis, we have studied the electrical and thermal transport properties of the non-centrosymmetric compound EuPtSi, at low temperatures and under magnetic field. The first part of the results focuses on the low-field (H < 5 T) magnetic phases that are observed in EuPtSi below the ordering temperature TN = 4.1 K for the three main directions H ∥ [110], H ∥ [111] and H ∥ [100]. From the angular dependence of the resistivity under magnetic field, we confirmed the presence of anomalous phases: for the direction H ∥ [111] the so-called skyrmion lattice A-phase, and for the H ∥ [100] direction the skyrmion-related A’ and B phases. By studying these phases with various transport probes, we have established the magnetic phase diagram with precision. We have also evidenced the presence of additional anomalies at low-temperature related to the skyrmion phases. Our temperature-dependent results for the H ∥ [111] and H ∥ [100] evidence the metastable behavior of the A, A’ and B phases under field cooling. From the peculiar metastable state for the H ∥ [100] direction, further field sweeps show that both the A’ and the B phases exist in the super-cooled regime with phase lines between them. From transport measurements as a function of temperature, we also show an anomalous transport in the conical ordered state. The second part of our results focus on the Fermi surface of EuPtSi, studied with quantum oscillations in the thermoelectric power. The temperature dependence of the quantum oscillations recovers the effective mass of the carriers for each Fermi surface branch, with results comparable to the literature. From the field-dependence of the quantum oscillations, we have recovered the Dingle temperature and mean-free path of the carriers using a new analysis framework for the thermoelectric power, indicating that the latter is an extremely sensitive probe to detect quantum oscillations
Dans cette thèse, j’ai étudié les propriétés de transport électrique et thermique du composé non centro-symétrique EuPtSi, à basse température et fort champ magnétique. La première partie des résultats porte sur l’étude à bas champ (H < 5 T) des phases magnétiques observées dans EuPtSi en dessous de la température de Néel TN = 4.1 K, pour les trois directions principales: H ∥ [110], H ∥ [111] et H ∥ [100]. Grâce à la dépendance angulaire de la résistivité sous champ, j’ai confirmé la présence de phases exotiques: la phase A skyrmionique pour H ∥ [111], et les phases A’ et B supposées skyrmioniques pour H ∥ [100]. En étudiant ces phases à l’aide de différentes sondes de transport, j’ai établi le diagramme de phase magnétique avec précision. J’ai aussi mis en évidence la présence à basse températures de nouvelles anomalies liées aux phases skyrmioniques. Les résultats de mesures dépendantes en température pour les directions H ∥ [111] et H ∥ [100] mettent en évidence le caractère métastable des phases A, A’ et B en refroidissant sous champ. En préparant le système dans l’état métastable A’ ou B, les variations en champ de la résistivité montrent que les deux phases sont créées simultanément par le même processus. Grâce aux résultats en température, j’ai également montré la présence d’un comportement différent d’un liquide de Fermi dans l’état conique de EuPtSi. La deuxième partie de mes résultats se concentre sur la surface de Fermi de EuPtSi, étudiée grâce aux oscillations quantiques dans le pouvoir thermoélectrique, pour des champs intenses (H > 6 T). La dépendance en température de l’amplitude des oscillations permet d’obtenir des valeurs de masses effectives de porteurs de charge en accord avec la littérature pour chaque orbite de la surface de Fermi. En étudiant la dépendance en champ des oscillations quantiques, j’ai obtenu la température de Dingle et le libre-parcours moyen des porteurs en utilisant une nouvelle méthode d’analyse propre au pouvoir thermoélectrique.
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Dates and versions

tel-04493309 , version 1 (07-03-2024)

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  • HAL Id : tel-04493309 , version 1

Cite

Simon Rousseau. Anomalous transport properties of the skyrmion compound EuPtSi. Condensed Matter [cond-mat]. UGA (Université Grenoble Alpes), 2023. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04493309⟩
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