Il y a beaucoup de mystères entourant les cuprates supraconducteurs. Certaines expériences montrent que de l'ordre de charge serait présent dans les mêmes conditions que la supraconductivité. Les phénomènes seraient peut-être en compétition. On tentera de modéliser l'ordre de charge à l'aide du modèle de Hubbard. Des méthodes d'amas seront utilisées pour résoudre approximativement le modèle. Ensuite, on tente de mettre l'ordre de charge en compétition avec la supraconductivité pour en voir les effets.

Cette thèse traite l'interaction d'ordres en compétition dans les cuprates supraconducteurs dopés en trous; il sera question de supraconductivité et d'ordre de charge. Dans une première étude, la conductivité thermique $\kappa_{\rm xx}$ sous forts champs magnétiques du cuprate YBCO est utilisée pour mesurer le champ critique $H_{\rm c2}$. Cette expérience révèle la forte compétition entre la supraconductivité et l'ordre de charge dans ces matériaux dopés en trous. Ce résultat représente la première mesure directe de champ critique $H_{\rm c2}$ dans cette famille de supraconducteurs et démontre l'absence de liquide de vortex à température nulle. Dans une deuxième étude, la combinaison de l'effet Hall thermique $\kappa_{\rm xy}$ et de mesures électriques sous forts champs magnétiques permet l'exploration de la loi de Wiedemann-Franz dans le cuprate YBCO. En démontrant que cette loi est satisfaite au-dessus du champ magnétique critique $H_{\rm c2}$ déterminé lors du premier projet, cette expérience montre qu'il ne reste pas de supraconductivité au-dessus du champ magnétique critique et que l'état normal des cuprates sous-dopés est métallique. Dans une troisième étude, l'effet Hall thermique $\kappa_{\rm xy}$ est utilisé pour sonder la surface de Fermi d'un matériau dans sa phase supraconductrice. Pour les cuprates sous-dopés en trous, ce projet révèle qu'il n'y a pas de reconstruction de la surface de Fermi en champ nul par l'ordre de charge à courte portée. Cette expérience pionnière représente ainsi le trait d'union manquant entre de nombreux résultats qui pourtant parurent contradictoires au premier abord.

BaVS3 est un composé unidimensionnel constitué de chaînes d'octaèdres de VS6 liés par face. Ce composé est conducteur à température ambiante et présente de fortes corrélations électroniques. Deux types d'électrons interviennent dans ce composé: des électrons dz2 délocalisés selon l'axe des chaînes de vanadium et des électrons de type e(t2g) à caractère localisé.<br /><br />Plusieurs transitions de phases se succèdent en température: à 240 K une transition structurale, à 70 K une transition métal-isolant et à 30 K une transition de nature magnétique. L'objet de cette thèse est l'étude de la transition métal-isolant d'un point de vue structural en utilisant la diffraction des rayons X.<br /><br />Une transition structurale associée à la transition métal-isolant a été mise en évidence par l'apparition d'une surstructure précédée d'un régime de fluctuations prétransitionnelles unidimensionnelles. La structure basse température a été affinée à l'aide d'une diffraction sur poudre haute résolution. Par diffraction anomale, il a été mis en évidence l'absence d'un ordre de charge.<br /><br />Cette transition est interprétée comme une transition de type Peierls. Un modèle impliquant des ondes densité de charge sur les deux types d'électrons est proposé pour rendre compte de l'absence d'ordre de charge. Ce modèle implique un ordre orbitalaire.<br /><br />Des échantillons substitués ont aussi été observés. Ces échantillons présentent une déficience en soufre qui semble être responsable<br />de forts changements des propriétés par rapport au composé pur.

Les composés en couches avec des ions métaux de transition ont leur bande de conduction dans les orbitales d. On se concentrera dans cette thèse sur les systèmes où le champs cristallin sépare les orbitales en deux sets dégénérés, t2g et eg, où les électrons de conduction sont sur les orbitales eg. C'est le cas pour les dichalcogénures en couches à métaux de transitions et 2H-AgNiO2 qui sont connus pour présenter des ordres de charge, un arrangement périodique des électrons sur le réseau. Les dichalcogénures en couches à métaux de transitions ont divers motifs, des ordres des charge commensurables et incommensurables, parmi eux, des ordres de charge à grande maille unité,comme le motif √13x√13 en étoile de David. 2H-AgNiO2 a un ordre de charge triple mais reste métallique.Dans le but de comprendre leurs ordres de charge, nous avons établi un modèle de Hubbard étendu multibandes et nous avons recentré notre intérêt sur les orbitales eg avec fortes interactions coulombiennes locales. À l'aide d'une approche en liaison forte et de considérations électrostatiques, puis grâce à la méthode de Hartree-Fock non restreinte, nous avons construit le diagramme de phases en fonction de la force des interactions coulombiennes, aussi bien locale qu'à courte portée, et nous avons fait évoluer la structure de bande en utilisant le ratio libre t'/t qui décrit la structure de bande dans les matériaux ayant des orbitales eg. Nous avons révélé un diagramme de phase riche avec plus de dix phases où certaines transitions peuvent être contrôlées par la structure de bande. En particulier, nous avons trouvé des phases pinball liquid, un ordre de charge métallique à trois sites par maille unité, où des charges localisées (pins) sont entourées de charges itinérantes (balls) sur un réseau hexagonal. Des ordres de charges à grande maille unité sont aussi stabilisés, tels que des ordres de charge et d'orbitale incommensurables et un ordre de charge √12x√12, qui rappelle le motif √13x√13 en étoile de David présent dans 1T-TaS2. Ces états électroniques s'avèrent génériques pour le réseau triangulaire demi rempli et sont aussi trouvés dans le cas isotrope, qui correspond au modèle de Hubbard étendu à une bande.Cependant, la méthode de Hartree-Fock non restreinte est problématique pou saisir les propriétés des phases lors d'une forte anisotropie de la structure de bande pour les états de Mott. Pour résoudre ce problème, nous avons établi un hamiltonien type Heisenberg à partir d'une théorie de perturbation. Ensuite, nous avons établit le diagramme de phases de ce nouvel hamiltonien en utilisant une approche classique et la diagonalisation exacte avec une analyse de symétries et l'algorithme de Lanczos pour un système de 24 sites. Mis à part les phases connues du modèle de Heisenberg en présence d'un champ magnétique, les configuration Y et V, le plateau 1/3, la phase ferro-orbitale, l'anisotropie de la structure de bande des orbitales eg conduit à d'autres ordres avec une composante τy ou τx et τz finies, différents ordres en bande et des ondes de densité d'orbitales. / Layered compounds are materials which exhibit charge order and novel phase of matter. This is the case in layered transition metal compounds, which have their band conduction on d-orbitals, a key ingredient to understand their electronic properties. We will focus in this dissertation on systems where the crystal-field splits orbitals into two degenerate subsets, t2g and eg, and where conduction electrons are on eg-orbitals. It is the case for layered transition-metal dichalcogenides and 2H-AgNiO2, which are known to exhibit charge orders, a periodic arrangement of electrons on the lattice. Layered transition-metal dichalcogenides have various pattern, incommensurate or commensurate insulating charge orders, among them large-unit cells charge orders. 2H-AgNiO2 have a charge order but is yet metallic.In order to investigate their charge orders, we derive a generic multiorbital extended Hubbard model and we refine our interest to eg-orbital with strong local Coulomb interactions. With a tight binding approach and electrostatic considerations, then the unrestricted Hartree-Fock method, we build the phase diagrams as a function of the strength of the Coulomb interactions, local and short-range, and we tun the band structure using the ratio $t'/t$ of the $e_g$-orbitals. We unravel a rich phase diagram with more than ten phases where some transitions can be controlled by the band structure. In particular, we found pinball liquid phases, metallic threefold charge orders where localized charges (pins) are surrounded by itinerant charges (balls) on a honeycomb lattice. Phases with large unit-cells are also stabilized, such as incommensurate charge and orbital orders and a √12x√12 charge order. These electronic states are generic for the half-filled triangular lattice and are also found in the isotropic limit, which corresponds to the single-band spinful extended Hubbard model.To capture the properties of phases with strong band structure anisotropy in the Mott state, that unrestricted Hartree-Fock fails to capture, we derived a Heisenberg-like Hamiltonian from perturbation theory. Then, we build the phase diagram of this new effective Hamiltonian using a classical approach and exact diagonalization with a symmetry analysis and Lanczos algorithm for a 24-site cluster. Apart from the known phases of the Heisenberg model in presence of a field, the Y and V configuration, the 1/3 plateau, the ferro-orbital phase, the anisotropy of the band structure of eg-orbitals leads to other ordering with finite τy or τx and τz components, different stripe orders and orbital density waves. We build a rich phase diagram from this new Hamiltonian.

La thèse porte sur l'étude de deux classes d'oxyde par spectroscopie d'absorption X, en mode diffraction résonante pour la magnétite et en mode absorption pour les pérovskites. La structure électronique de Fe3O4 a été étudiée au seuil K du Fe pour confirmer/réfuter le modèle d'ordre de charge à basse température. La méthode développée a permis d'obtenir une information quantitative en utilisant un grand nombre de réflexions et de confirmer la présence de l'ordre de charge (Fe2.5±δ δmax=0.12, δmin=0.04). Les pérovskites (PbZrO3 et BaZrO3) ont été étudiés pour mieux comprendre la nature géométrique de leur transition de phase. L'analyse de spectres XANES au seuil K du Zr pour PbZrO3 a infirmé le modèle "déplacement" à basse température mais il a indiqué la conservation des distorsions locales dans sa phase cubique. Une interprétation de la transition structurale ferroélectrique est proposée en terme de changement d'environnement local du Zirconium dans le cadre du modèle "sphérique".

Les oxydes non-stoechiométriques de type Ruddlesden-Popper, tel que Pr2NiO4+δ, peuvent être dopés en trous par substitution du strontium au praséodyme ou par insertion d’oxygène. Ces modes de dopage s’accompagnent de mises en ordre complexes impliquant la distribution des ions oxygène excédentaires, des ordres de charge et/ou de spin. Le diagramme de phase de Pr2-xSrxNiO4+δ a été exploré par diffraction des rayons X (en laboratoire et par rayonnement synchrotron) ainsi que neutronique. Pour la phase Pr2NiO4.25, nous avons mis en évidence une sur-structure incommensurable avec des réflexions satellites au 6ème ordre, produisant un spectre de diffraction très complexe avec 4 individus et 8 domaines incommensurables. Par diffractions synchrotron et neutronique, un ordre de charge de type échiquier a été identifié dès la température ambiante, suivi en dessous de 170 K par un ordre de type rubans ; un ordre de spin incommensurable s’établit au-dessous de 99 K. Ce travail a permis de révéler un ensemble complexe de phases ordonnées structuralement et électroniquement, gouvernées par des variations subtiles de stoechiométrie en strontium et oxygène. / Non-stoichiometric oxides from the Ruddlesden-Popper series, such as Pr2NiO4+δ, can be hole-doped by substituting strontium to praseodymium or by oxygen insertion. This leads to complex structural ordering involving oxygen-, charge- and spin ordering. The complex phase diagram of Pr2-xSrxNiO4+δ was explored using X-ray (laboratory and synchrotron) as well as neutron diffractions. For the doped phase of highest oxygen content (Pr2NiO4.25), we could evidence an incommensurate structure with satellite reflections of 6th order, yielding a very complex diffraction pattern of up to four twin-individuals and eight incommensurate domains. Checkerboard-type charge ordering was identified already at ambient temperature, while stripe charge ordering was observed below 170 K by synchrotron and neutron diffraction; incommensurate spin ordering appears below 99 K. This thesis reveals the existence of many complex oxygen and electronically ordered phases going along with small variations of the oxygen/strontium stoichiometry.