For almost forty years our comprehension of the metallic behavior in many materials has been founded on the Landau physical intuition about interacting Fermi systems. The idea of Landau, that interacting fermions could be regarded as free particles with renormalized parameters, is at the basis of the standard picture of the solids in terms of single independent electrons delocalized throughout the systems. The extraordinary success of this scenario is demonstrated by the impressive number of predictions and results, on which has root a large part of the actual technology.<br />The Fermi-liquid concept has been also extended to systems showing a strong electron-electron interaction, i.e. strongly correlated electrons systems. Under suitable conditions the low temperature metallic properties of these systems can be interpreted in terms of renormalized quasiparticles.<br /><br /> Nevertheless, recent experiments on some strongly correlated materials have shown remarkable deviations from the Fermi liquid predictions concerning different physical observables, such as specific heat C, resistivity ρ or susceptibility χ. The theoretical understanding of the breakdown of the Fermi liquid paradigm observed heavy fermion systems or in high Tc superconductors is one of the open challenges in the correlated electrons physics. Many ideas have been put forward to explain the observed non-Fermi liquid behavior, without finding an absolute consensus so far. Among them we can distinguish three main directions: overscreening in Kondo models, Kondo disorder and quantum criticality.<br /> <br /> A common feature can be recognized among some of these ideas, namely the existence of a physical mechanism pushing to zero the coherence temperature below which the Fermi liquid forms. In one case (Kondo disorder) this mechanism is associated to the presence of a certain degree of disorder. However, a more widely accepted mechanism for the formation of a non-Fermi liquid state is the proximity to a quantum phase transition (QPT) or to a quantum critical point (QCP). Within this scenario the breakdown of the Fermi liquid properties occurs in the neighborhood of T = 0 transition between a magnetically ordered phase (e.g. antiferromagnetic) and a paramagnetic one. In this regime the strong coupling between the fluctuations of the order parameter and the electrons may prevent the formation of a Fermi liquid phase with long-lived quasiparticles.<br /><br />Among the different approach to non-Fermi liquid problem based on quantum criticality we can mention the Hertz-Millis theory, where the paramagnons of the ordered phase “dress” the conduction electrons to produce the NFL behavior. Another approach is the local quantum critical theory, in which the competition between local Kondo screening and long wavelength magnetic fluctuations drives the system into a critical regime where non-Fermi liquid properties can arise. This approach is based on a suitable extension of the dynamical mean-field theory. However, local quantum criticality, even providing useful insights to the non-Fermi liquid problem, recquires some simplifying approximations to solve the mean-field equations, spoiling DMFT approach of many of its benefits. Dynamical Mean Field Theory is a powerful theoretical tool to investigate strongly correlated electrons systems. Among other things, this method has permitted to obtain a satisfactory description of the Mott metal-insulator transition in simplified models, such as Hubbard. Lately, the application to realistic calculations, thru an ab-initio plus<br />DMFT algorithm, has greatly increased our knowledge about real materials.<br /><br /> At the heart of the DMFT approach are the simplifications on the lattice quantum many-body problem arising in the limit of infinite dimension. These simplifications permit to map the lattice problem onto an effective single impurity problem, that has to be solved in a<br />self-consistent way. In this respect DMFT can be considered as the quantum generalization of the classic mean-field theory, introduced so far to deal with spin models.<br /> <br />In this thesis we shall show that a new approach to the heavy fermions physics can be based on the DMFT solution of one of the canonical model of this area, namely the periodic Anderson<br />model. In particular we demonstrate that, contrary to conventional expectations, a non-Fermi liquid state is readily obtained from this model within the DMFT framework. In agreement with the quantum criticality scenario, this novel NFL state is located in the neighborhood of a quantum phase transition, but unlike the standard quantum criticality scenario sketched before, the relevant quantum transition here is a Mott transition. Thus, the present study sheds a different light onto the NFL problem, showing that the coupling to long wavelength magnetic fluctuations (absent in DMFT) is not a prerequisite for the realization of a NFL scenario. Local temporal magnetic fluctuations alone can provide sufficient scattering to produce an incoherent metallic state. The presence of such large local magnetic fluctuations in our model has origin in<br />the competition between magnetic interactions, namely the super-exchange antiferromagnetic interaction between the correlated electrons and the ferromagnetic interaction indirectly driven<br />by the delocalization of the doped charges. Thus, we are able to obtain a DMFT description of the non-Fermi liquid phase in heavy<br />fermion systems which is based on the proximity to a Mott point, i.e. Mottness scenario. Our study shows that the PAM, solved within DMFT, may be considered as a “bare bones” or min-<br />imal approach able to capture the physical scenario for the formation of a NFL state and that is in qualitative agreement with some observed phenomenology in heavy fermion systems.

Ce travail de revue traite des propriétés électroniques des systèmes à électrons fortement corrélés sous haute pression par diffusion inélastique résonante des rayons X (RIXS). Les principaux phénomènes induits sous pression sont présentés dans l'introduction ainsi que les bases de la diffusion RIXS. Le corps principal du manuscrit décrit les résultats obtenus dans les métaux 3d - transitions magnétiques - et 4f - fluctuations de valence.

Dans cette thèse, deux composés à fermions lourds ont été étudiés sous pression. L'état fondamental en dessous de T0 = 17.5 K dans URu2Si2 est appelé "ordre caché (HO), parce que le paramètre d'ordre n'a pas encore été trouvé. A 1.5 K, le système devient en plus supraconducteur. Sous pression, le système devient antiferromagnetique (AF) au dessus d'une pression critique. Des mesures Shubnikov-de Haas sous pression montre, que la surface de Fermi ne change pas entre les deux phases. Dans la phase AF, le dédoublement de la maille implique une reconstruction de la surface de Fermi. Vu que celle-ci ne change pas sous pression, ce dédoublement doit avoir lieu déjà dans l'HO. Nos mesures de la dépendance angulaire des fréquences d'oscillation supportent des nouveau calcules de bande dans le cas d'électrons plutôt itinérant. Comme deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié le diagramme de phase sous pression du supraconducteur (SC) ferromagnétique (FM) UCoGe (TC = 2.8 K,Tsc = 0.6 K). Les mesures de résistivité, ac calorimétrie et ac susceptibilité montrent que la phase FM est supprimé a environs 1 GPa mais la phase SC existe jusque dans la phase paramagnétique induite par la pression. Ce diagramme de phase est unique dans la classe des supraconducteurs ferromagnétiques.

Cette thèse est organisée autour d'une problématique centrale : l'étude théorique de l'effet Kondo dans les fermions lourds, lorsque les ions magnétiques sont en forte concentration.<br /><br />Dans une première partie, l'influence sur le réseau Kondo, d'une variation du nombre d'électrons de conduction est étudiée à basse température (problème de l'épuisement). Cet effet peut s'observer expérimentalement sur des composés de Cérium ou d'Uranium, dont la température de cohérence peut être bien plus petite que la température de Kondo à une impureté. Par des approches analytiques et numériques, le problème est résolu dans la limite ``grand-N'',<br />où N est le nombre de composantes du spin effectif. Alors que les modèles à une seule impureté sont caractérisés à basse température par une unique échelle d'énergie T_K, cette thèse confirme l'existence, pour le réseau Kondo, d'une deuxième échelle T*, caractéristique de l'apparition du comportement de liquide de Fermi, et définie à partir des propriétés physiques du système (thermodynamiques, magnétiques et de transport).<br /><br />Dans la deuxième partie, les effets du désordre et de la frustration magnétique du réseau Kondo sont étudiés analytiquement, dans le formalisme de la théorie du champ dynamique moyen, en considérant la limite ``grand-N''. Un point critique quantique (QCP) est obtenu, entre un régime de liquide de Fermi lourd et un régime de liquide de<br />spin. Les propriétés physiques du système sont calculées dans la phase Kondo, qui présente une très forte diminution de T* et de T_K à l'approche du QCP. Ce résultat est à corréler avec la forte masse effective observée expérimentalement pour le composé LiV$_{2}$O$_{4}$.<br /><br />Enfin, la troisième partie présente une étude préliminaire et les étapes principales du calcul permettant de déterminer numériquement le diagramme de phase magnétique du modèle d'Anderson périodique, par la méthode du champ dynamique moyen.

Cette thèse porte sur l'étude de la dynamique de spin dans CeCoIn5 et plus précisément sur l'étude de la "résonance de spin" dans ce composé. CeCoIn5 est le composé à fermions lourds à base de cérium ayant la température de supraconductivité la plus élevé ( Tc = 2.3 K) et présente une supraconductivité non-conventionnelle avec un gap de type d_{x^2-y^2}. Dans l'état supraconducteur, le spectre des excitations magnétiques est radicalement modifié avec l'apparition d'un excitation particulièrement intense appelé "Résonance de spin". Ce type d'excitations a déjà été découvert dans les supraconducteurs haute-températures, dans d'autres composés à fermions lourds et également dans les nouveaux supraconducteurs au Fer. Dans cette thèse, nous étudions l'évolution de la résonance de spin en présence d'un champ magnétique et avec l'introduction d'impuretés magnétiques et non-magnétiques. D'après notre étude, les impuretés vont influer sur la résonance de spin via le gap supraconducteur, en effet la présence d'impuretés diminue le gap supraconducteur et l'énergie de la résonance de spin va diminuer de manière proportionnelle. L'influence du champ magnétique est délicate à considérer mais nos recherches porteraient vers un splitting Zeeman de la résonance de spin en accord avec les modèles développés pour les cuprates.

Cette thèse a pour objet l'étude de 3 systèmes de fermions lourds à base d'Ytterbium, YbCu2Si2, YbCo2Zn20 et YbRh2Si2, dans des conditions extrêmes de hautes pressions, basses températures et hauts champs magnétiques. Une partie très importante dans ce travail a été le développement d'un dispositif de génération de force à très basses températures permettant une modulation de la pression in-situ adapté à des cellules à enclumes diamant. Pour YbCu2Si2, les mesures de ac-susceptibilité sous pression et sous champ magnétiques ainsi que les mesures d'aimantation sous pression montrent que l'ordre magnétique qui apparaît pour P> 8 GPa est ferromagnétique. L'étude du changement de la valence de l'ion Yb par des mesures de diffusion inélastique en conditions résonantes de rayons X ont permis de clarifier son interaction avec le magnétisme. Même si l'état trivalent est clairement favorisé sous pression, la valence reste inférieure à 3, proche de l'ordre magnétique, même dans les plus hautes pressions et plus basses températures. Nous avons également procédé à une recherche détaillée pour les signatures de metamagnétisme avec des mesures à très haut champ. Dans la deuxième partie de ma thèse, les mesures de ac-calorimétrie et ac-susceptibilité sous pression ont permit d'établir le diagramme de phase (P-T) dans YbCo2Zn20 jusqu'à 14 GPa. En plus, nos résultats suggèrent que l'ordre magnétique qui apparaît pour P>1 GPa est antiferromagnétique. Les forts effets du champ magnétique observées dans les propriétés physiques dans YbCo2Zn20 sont probablement liés à l'interaction entre le champ magnétique et les spins des électrons 4f et non à leur charge car la valence de l'Yb s'avère insensible à l'application d'un champ magnétique de 10 T. La partie finale de cette thèse est consacré à l'étude du diagramme de phase (H-T) sous pression dans YbRh2Si2 pour déterminer l'évolution de la température de l'ordre magnétique en fonctionne de H et P et mieux comprendre les effets liés à ce deux paramètres de contrôle.

Dans cette thèse, j'ai étudié l'évolution de la surface de Fermi sous l'influence d'un champ magnétique dans des systèmes massifs facilement polarisables à basse température. La première partie est dévouée aux cas du supraconducteur ferromagnétique UCoGe et du supraconducteur paramagnétique CeIrIn5, où la surface de Fermi peut être modifiée sans transition magnétique. Dans UCoGe, plusieurs anomalies successives ont été détectées dans l'effet Seebeck, la résistivité et l'effet Hall, sans transition nette dans l'aimantation. L'observation d'oscillations quantiques montre que ces anomalies sont reliées à des changements de topologie de la surface de Fermi, aussi appelés transitions de Lifshitz. Dans CeIrIn5, une anomalie est détectée dans l'effet Seebeck à HM = 28 T et les oscillations quantiques observées en magnétométrie torque montrent qu'une transition de Lifshitz à lieu à ce champ.Dans la deuxième partie, j'ai étudié comment varie la surface de Fermi à travers une transition magnétique du premier ordre induite par le champ magnétique dans le supraconducteur ferromagnétique URhGe avec le champ selon l'axe de difficile aimantation b et le supraconducteur antiferromagnétique UPd2Al3 avec le champ dans le plan basal. Dans URhGe, l'effet Seebeck permet d'observer un changement de la surface de Fermi à la transition de réorientation des spins à HR = 11.75 T et avec la résistivité confirme le caractère premier ordre de la transition en plus de fournir la localisation dans le diagramme de phase du point tricritique. Dans UPd2Al3, une nouvelle branche de la surface de Fermi est observée dans les oscillations quantiques de de Haas-van Alphen dans l'état antiferromagnétique et l'effet Seebeck montre que la surface de Fermi change à la transition métamagnétique à HM = 18 T. En outre, quatre nouvelles branches sont observées dans la phase polarisée au delà de HM et qui ne peuvent être associées à celles calculées dans les états paramagnétique et antiferromagnétique. / In this thesis, we have studied the evolution of the Fermi surface under the influence of a magnetic field in bulk materials that can be easily polarized at low temperature. The first part was devoted to the cases of the ferromagnetic superconductor UCoGe with a magnetic field applied along the easy magnetization c-axis and the paramagnetic superconductor CeIrIn5 with the field along the c-axis. In UCoGe, several successive anomalies were detected in resistivity, Hall effect and thermoelectric power, without any thermodynamic transition being detected in magnetization. The direct observation of quantum oscillations showed that these anomalies are related to topological changes of the Fermi surface, also known as Lifshitz transitions. In CeIrIn5, the thermoelectric power detected an anomaly at HM = 28 T and the quantum oscillations observed in torque magnetometry showed that a Lifshitz transition occurs at this field.In the second part of this thesis, we studied the evolution of the Fermi surface through first order magnetic transitions induced by magnetic field. In the ferromagnetic superconductor URhGe with the field applied along the hard magnetization b-axis and the antiferromagnetic superconductor UPd2Al3 with the field in the basal plane. In URhGe, the thermoelectric power allowed to observe a change in the Fermi surface at the spin reorientation transition at HR = 11.75 T defining the ferromagnetic state and along with resistivity confirmed the first order character of the transition as well as give a location of the tricritical point. In UPd2Al3, a new branch was observed in de Haas-van Alphen experiment in the antiferromagnetic phase and the thermoelectric power showed that the Fermi surface is reconstructed at the metamagnetic transition at HM = 18 T where the antiferromagnetic state is suppressed and could suggest that the Fermi surface changes before this transition. Additionally, four new branches were observed in the polarized paramagnetic phase, above HM, that cannot be associated with calculated branches in the paramagnetic of antiferromagnetic states.

Cette thèse discute essentiellement sur le champ critique supérieur du supraconducteur ferromagnétique UCoGe. La conductivité thermique et d'autres méthodes expérimentales ont été utilisées pour confirmer les nombreux comportements particuliers de Hc2 dans UCoGe, précédemment observés dans des études de résistivité. Ces caractéristiques, y compris une anisotropie forte et des courbures anormales, ne peuvent pas être interprétées en termes de théories classiques pour Hc2. Au lieu de cela, un phénomène spécifique aux supraconducteurs ferromagnétiques - la dépendance en champ de l'interaction d'appariement doit être considéré. Nous montrons que cet effet peut être analysé de façon cohérente avec des propriétés de la phase normales et peut être aussi comparé quantitativement avec une théorie existante. Ceci conduit à une clarification nette pour le cas de H//c dans UCoGe, et explique en même temps le comportement différent de Hc2 dans UCoGe et URhGe. Ces résultats soutiennent fortement l'origine magnétique de la supraconductivité dans ces systèmes. Pour H//b, nous montrons que certaines observations expérimentales convergentes suggèrent un possible changement d'état supraconducteur induit par le champ magnétique transversal dans UCoGe. Indépendamment du reste de l'étude, le dernier chapitre présente quelques résultats expérimentaux sur la phase normale de UCoGe et sur l'autre système de fermions lourds UBe13. / This thesis mainly discuss the upper critical field of the ferromagnetic superconductor UCoGe.Thermal conductivity and other experimental methods have been used to confirm the numerous particularbehaviors of Hc2 in UCoGe, previously observed in resistivity studies. These features, including the stronganisotropy and the anomalous curvatures, cannot be interpreted in terms of classical theories for Hc2.Instead, a phenomenon specific to the ferromagnetic superconductors - the field dependence of the pairinginteraction, needs to be considered. We show that this effect can be consistently analyzed with normalphase properties, and is quantitatively compared with existing theory. This leads to a net clarificationfor the case of H//c in UCoGe, and at the same timeexplains the different behavior of Hc2 in UCoGe and URhGe. These resultsstrongly support the magnetic origin of superconductivity in these systems. For H//b, we showconvergent experimental observations that suggest a possible change of the superconducting state inducedby the transverse magnetic field in UCoGe. Independent from the rest of the study, the last chapter presents someexperimental results on the normal phase of UCoGe and on the other heavy-fermion system UBe13.

Cette thèse montre de nouveaux résultats sur les supraconducteurs ferromagnétiques UCoGe et URhGe et sur l’ordre caché dans URu2Si2. Le diagramme de phase pression température d’UCoGe a été étudié jusqu’à 10.5 GPa. L’ordre ferromagnétique subsiste jusqu’à la pression critique pc≈1 GPa et la supraconductivité non conventionnelle jusqu’à p = 4 GPa. Les fluctuations magnétiques responsables de la supraconductivité peuvent être réduites par l’application d’un champ magnétique. Les surfaces de Fermi d’UCoGe et d’URhGe ont été mesurées grace aux oscillations quantiques. Quatre poches ont été détectées dans UCoGe, elles subissent une succession de transition de Lifshitz de la surface de Fermi sous champ magnétique. Les poches détectés évoluent continument avec la pression jusqu’à 2.5 GPa, sans montrer de reconstruction de la surface de Fermi à la pression critique pc. Dans URhGe, trois poches lourdes de la surface de Fermi ont aussi été découvertes. Enfin dans la phase d’ordre caché d’URu2Si2, les oscillations quantiques ont révélé une forte anisotropie du facteur gyromagnétique g pour deux poches de la surface de Fermi, qui est comparable à l’anisotropie macroscopique. Cette dernière a été étudiée à partir du champcritique supérieur de la supraconductivité. / This thesis is concentrated on the ferromagnetic superconductors UCoGe and URhGe andon the hidden order state in URu2Si2. In the first part the pressure temperature phase diagram of UCoGe was studied up to 10.5 GPa. Ferromagnetism vanishes at the critical pressure pc≈1 GPa. Unconventional superconductivity and non Fermi liquid behavior can be observed in a broad pressure range around pc. The superconducting upper critical field properties were explained by the suppression of the magnetic fluctuations under field. In the second part the Fermi surfaces of UCoGe and URhGe were investigated by quantum oscillations. In UCoGe four Fermi surface pockets were observed. Under magnetic field successive Lifshitz transitions of the Fermi surface have been detected. The observed Fermi surface pockets in UCoGe evolve smoothly with pressure up to 2.5 GPa and do not show any Fermi surface reconstruction at the critical pressure pc. In URhGe, three heavy Fermi surface pockets were detected by quantum oscillations. In the last part the quantum oscillation study in the hidden order state of URu2Si2 shows a strong g factor anisotropy for two Fermi surface pockets, which is compared to the macroscopic g factor anisotropy extractedfrom the upper critical field study.

Cette thèse porte sur l'étude de la dynamique de spin dans CeCoIn5 et plus précisément sur l'étude de la "résonance de spin" dans ce composé. CeCoIn5 est le composé à fermions lourds à base de cérium ayant la température de supraconductivité la plus élevé ( Tc = 2.3 K) et présente une supraconductivité non-conventionnelle avec un gap de type d_{x^2-y^2}. Dans l'état supraconducteur, le spectre des excitations magnétiques est radicalement modifié avec l'apparition d'un excitation particulièrement intense appelé "Résonance de spin". Ce type d'excitations a déjà été découvert dans les supraconducteurs haute-températures, dans d'autres composés à fermions lourds et également dans les nouveaux supraconducteurs au Fer. Dans cette thèse, nous étudions l'évolution de la résonance de spin en présence d'un champ magnétique et avec l'introduction d'impuretés magnétiques et non-magnétiques. D'après notre étude, les impuretés vont influer sur la résonance de spin via le gap supraconducteur, en effet la présence d'impuretés diminue le gap supraconducteur et l'énergie de la résonance de spin va diminuer de manière proportionnelle. L'influence du champ magnétique est délicate à considérer mais nos recherches porteraient vers un splitting Zeeman de la résonance de spin en accord avec les modèles développés pour les cuprates. / In this thesis, the spin dynamics of CeCoIn5 has been studied by inelastic neutron scattering. CeCoIn5 presents the highest critical temperature ( Tc = 2.3 K) among heavy fermion Ce-based compounds and shows an unconventionnal supraconductivity with a $d_{x^2-y^2}$-wave gap. The magnetic excitation spectra is radically changed in the supraconducting state with the apparition of an intense excitation named "Spin resonance". This kind of excitation has already been discovered in high-Tc superconductors and even in the new Iron-based superconductors. In this thesis, we focused on the evolution of the spin resonance with the application of a magnetic field and the introduction of magnetic and non-magnetic impurities. From our study, the main effect of impurities is to decrease the superconducting gap which leads to a proportionnal decrease of the resonance energy. The case of magnetic field is more difficult and our researchs suggest a Zeeman splitting of the spin resonance in agreements with the models developped for the cuprates.