Dans cette thèse, on étudie la criticalité quantique ferromagnétique dans trois composés ternaires à base d'uranium, par des mesures thermodynamiques et de transport sur des échantillons monocristallins, à basse température et sous haute pression. URhSi et URhAl sont des systèmes ferromagnétiques itinérants, tandis que UCoAl est un système paramagnétique étant proche d'une instabilité ferromagnétique. Tous ont une phase ordonnée de type Ising. Dans le composé orthorhombique URhSi, on montre que la température de Curie diminue lorsqu'un champ magnétique est appliqué perpendiculairement à l'axe facile d'aimantation, et une transition de phase quantique est attendue autour de 40~T. Dans le système hexagonal URhAl, on établit le diagramme de phase pression--température pour la première fois, lequel indique une transition de phase quantique vers 5~GPa. Dans le composé isostructural UCoAl, on étudie la transition métamagnétique par des mesures d'aimantation, d'effet Hall, de résistivité et de dichroïsme circulaire magnétique des rayons X. On observe des phénomènes de relaxation magnétique intrigants, avec des sortes de marches. L'effet Hall et la résistivité ont été mesurés à des températures de réfrigérateur à dilution, sous pression hydrostatique jusqu'à 2,2~GPa, et sous champ magnétique jusqu'à 16~T. La transition métamagnétique se termine sous pression et champ magnétique au niveau d'un point critique quantique terminal. Dans cette région, il se produit une forte augmentation de la masse effective, et une différence intrigante entre champ montant et descendant apparaît dans la résistivité transverse. Ce pourrait être la signature d'une nouvelle phase, éventuellement reliée aux phénomènes de relaxation observés dans les mesures d'aimantation, et résultant de frustrations au sein du réseau quasi-Kagomé que forment les atomes d'uranium dans cette structure cristalline. / In this thesis we explore the ferromagnetic quantum criticality in three uranium-based ternary compounds, by means of thermodynamical and transport measurements on single crystal samples, at low temperature and high pressure. URhSi and URhAl are itinerant ferromagnets, while UCoAl is a paramagnet being close to a ferromagnetic instability. All of them have Ising-type magnetic ordering. In the orthorhombic compound URhSi, we show that the Curie temperature decreases upon applying a magnetic field perpendicular to the easy magnetization axis, and a quantum phase transition is expected around 40~T. In the hexagonal system URhAl, we establish the pressure--temperature phase diagram for the first time, indicating a quantum phase transition around 5~GPa. In the isostructural compound UCoAl, we investigate the metamagnetic transition with measurements of magnetization, Hall effect, resistivity and X-ray magnetic circular dichroism. Some intriguing magnetic relaxation phenomena are observed, with step-like features. Hall effect and resistivity have been measured at dilution temperatures, under hydrostatic pressure up to 2.2 GPa and magnetic field up to 16~T. The metamagnetic transition terminates under pressure and magnetic field at a quantum critical endpoint. In this region, a strong effective mass enhancement occurs, and an intriguing difference between up and down field sweeps appears in transverse resistivity. This may be the signature of a new phase, supposedly linked to the relaxation phenomena observed in magnetic measurements, arising from frustration on the quasi-Kagome lattice of uranium atoms in this crystal structure.

Das Auftreten von Supraleitung in Systemen mit schweren Fermionen, erstmals entdeckt in CeCu_2Si_2, wird mit der Nähe zu einem quantenkritischen Punkt in Verbindung gebracht. Daraus ergibt sich ein komplexes Zusammenspiel von Magnetismus und Supraleitung, das in der vorliegenden Arbeit durch Messungen der spezifischen Wärme, der Wechselfeldsuszeptibilität und durch inelastische Neutronenstreuexperimente an verschiedenen Einkristallen von CeCu_2(Si_{1-x}Ge_x)_2 untersucht wird. Der Schwerpunkt liegt auf der genauen Charakterisierung des magnetischen Anregungsspektrums von CeCu_2Si_2 des S-Typs. Die Ergebnisse der Neutronenstreumessungen implizieren stark, dass die Kopplung der supraleitenden Cooper-Paare durch überdämpfte Spinfluktuationen vermittelt wird, die in der Umgebung eines Quantenphasenübergangs gehäuft auftreten. Unter Substitution einiger Si- durch Ge-Atome in CeCu_2Si_2 stabilisiert sich die magnetische Ordnung, und die Supraleitung wird zunehmend unterdrückt. Neutronenstreumessungen ergeben, dass dies bei 2 % Ge-Substitution dazu führt, dass sich Magnetismus und Supraleitung gegenseitig verdrängen, während sie bei 10 % Ge-Substitution mikroskopisch koexistieren. - (Die Dissertation ist veröffentlicht im Logos Verlag Berlin GmbH, Berlin, Deutschland, http://www.logos-verlag.de, ISBN: 978-3-8325-2456-2) / The occurrence of superconductivity in systems with heavy fermions, discovered for the first time in CeCu_2Si_2, is often linked to the vicinity of a quantum critical point. This results in a complex interplay of magnetism and superconductivity, which is studied by means of specific heat and ac susceptibility measurements as well as neutron scattering experiments on different single crystals of CeCu_2(Si_{1-x}Ge_x)_2 in the present thesis. The focus is put on the detailed characterisation of the magnetic excitation spectrum in S-type CeCu_2Si_2. Neutron scattering results strongly imply that the coupling of superconducting Cooper pairs is mediated by overdamped spin fluctuations, which accumulate in the vicinity of a quantum phase transition. By substituting Si by Ge atoms in CeCu_2Si_2 magnetic order is stabilised and superconductivity successively suppressed. Neutron scattering experiments demonstrate that 2 % Ge substitution leads to magnetic order being displaced by superconductivity on decreasing temperature, whereas both coexist microscopically in the case of 10 % Ge substitution.

Die Elektronenspinresonanz (ESR) untersucht die im quasistatischen Magnetfeld resonante Absorption eines an die Probe angelegten Mikrowellenmagnetfeldes. Es wurde das System Yb1-w A1-w (Rh1-x Cox)2 (Si1-y Gey) 2 mit A=La, bzw. Lu, sowie das System YbIr2Si2 mittels ESR untersucht. Unter Kondo-Wechselwirkung vieler Leitungselektronen mit einem lokalen 4f-Moment des Kondo-Ions bildet sich ein nicht-magnetisches Grundzustands-Singlett, was zur Abschirmung des magnetischen Moments führt. YbRh2Si2 ist das erste Schwere-Fermionen-System mit Kondo-Ionen, das ohne Dotierung zusätzlicher ESR-Sonden ein ESR-Signal unterhalb der Kondo-Temperatur aufweist. Es zeigt sich, dass das ESR-Signal nicht mittels gängiger ESR-Theorien konsistent beschrieben werden kann. Die Messungen, die im Rahmen dieser Arbeit angestellt wurden, flossen in die Entwicklung von weiterführenden Theorien (z.B. [1], [2]) ein. Die Temperaturabhängigkeit des ESR-g-Faktors konnte damit erfolgreich beschrieben werden, womit erstmals der Nachweis einer Kondo-Wechselwirkung in Kondo-Gitter-Systemen mittels ESR gelang. Ferner konnte die Bedeutung von ferromagnetischen Fluktuationen für eine kleine, beobachtbare Linienbreite beschrieben werden. Der ESR-Methode ist somit die Kondo-Spindynamik direkt zugänglich. Dieser Zugang ist neu und einzigartig, denn andere Methoden (NMR, inelastische Neutronenstreuung) charakterisieren die Kondo-Spindynamik auf indirekte Weise. [1] P. Wölfle und E. Abrahams. Phenomenology of esr in heavy-fermion systems: Fermi-liquid und nicht-fermi-liquid regimes Phys. Rev. B, 80(23): 235112, 2009. [2] B. I. Kochelaev, S. I. Belov, A. M. Skvortsova, A. S. Kutusov, J. Sichelschmidt, J. Wykhoff, C. Geibel und F. Steglich. Why could electron spin resonance be observed in a heavy fermion kondo lattice? Eur. Phys. J. B, 72(4): 485, 2009.

1979 wurde mit CeCu2Si2 erstmalig ein Schwere-Fermionen-Supraleiter entdeckt. Diese Verbindung, entdeckt von Steglich und Mitarbeitern, befindet sich nahe an einem quantenkritischen Punkt, an dem die magnetische Ordnung gerade unterdrückt wird. Der Abstand zu diesem Punkt kann sowohl durch Druck als auch durch Germaniumsubstitution auf dem Siliziumplatz variiert werden. Dabei treten neben der Supraleitung in CeCu2Si2 auch verschiedene magnetische Phasen bei höherem Germaniumgehalt auf. CeCu2Si2 ordnet magnetisch unterhalb von TN = 0.8 K in einer Spindichtewelle, während das Schwere-Fermionen-System CeCu2Ge2 unterhalb von TN = 4.1 K antiferromagnetisch ordnet. In dieser Arbeit wurde die Substitutionsreihe CeCu2(Si1-xGex)2 mittels Neutronendiffraktion untersucht. Ausgehend von Proben mit hohem Germaniumgehalt von x = 0.45, deren magnetische Struktur detailliert untersucht wurde, wurden schrittweise die Eigenschaften von Proben mit kleinerem x erschlossen, um schließlich die (bis dato unbekannte) magnetische Struktur in CeCu2Si2 aufzuklären. Weiterhin wurden Untersuchungen zumWechselspiel zwischenMagnetismus und Supraleitung durchgeführt. Hierzu wurde mit einem selbstentwickelten Aufbau dieWechselfeldsuszeptibilität simultan zu den Diffraktionsexperimenten aufgezeichnet. Durch die direkte Korrelation konnte nachgewiesen werden, dass in CeCu2Si2 keine mikroskopische Koexistenz von Supraleitung und magnetischer Ordnung vorliegt, sondern mikroskopische Phasenseparation. - Die Arbeit ist auch über den Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen mit der ISBN 978-3-86727-587-3 erhältlich. / In 1979 the first heavy-fermion superconductor CeCu2Si2 was discovered by Steglich et al. The system is near a quantum critical point (QCP), where the magnetic order is just suppressed. The distance to the QCP can be variied with hydrostatic pressure as well as by germanium substitution on the silicon site. Next to the superconductivity in CeCu2Si2 one finds distinct magnetic phases while increasing the germanium content. CeCu2Si2 shows a magnetic order of a spin-density-type below TN = 0.8 K, whereas the heavy fermion system CeCu2Ge2 orders below TN = 4.1 K as an antiferromagnet. The focus of this thesis is on neutron-diffraction in the system CeCu2(Si1-xGex)2. Starting with a sample with a high germanium content of x = 0.45, the magnetic structures are investigated in detail. Following a step-by-step approach, samples with reduced x are investigated subsequently to figure out the properties of pure CeCu2Si2, which were not accessible before. Furthermore, the complex interaction between magnetism and superconductivity is investigated in detail. Using a specially designed setup, the ac-susceptibility could be recorded simultaneously during the neutron diffraction experiments. Due to the direct correlation between antiferromagnetic signals and diamagnetic features, the microscopic coexistence of superconductivity and magnetic order can be ruled out. Instead, a phase separation on the microscopic scale is found. - The thesis is also available from the publisher Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen under the ISBN 978-3-86727-587-3.

La supraconductivité dans la famille des composés de type fermions lourds tel le CeCoIn5 se développe à proximité d’une instabilité antiferromagnétique. La proximité de cette instabi- lité indique un point quantique critique (anglais pour ”quantum critical point” QCP) entre la phase antiferromagnétique et un liquide de Fermi. À ce point, les deux états fondamentaux du système sont en compétition et peuvent être perturbés par une variation de la pression ou de la composition chimique. Dans cette proposition, nous étudions la réciprocité entre les deux méthodes de perturbation du point quantique critique. Pour ce faire, on change la composition chimique du CeCoIn5 en dopant le cristal avec des atomes d’ytterbium qui prennent la place du cérium dans la structure. La substitution de certains atomes de cérium par de l’ytterbium est équivalent électroniquement à enlever un électron de la couche 4f car l’ytterbium est bivalent dans la structure CeCoIn5 . Ainsi, on détruit des moments magné- tiques dans le réseau fortement corrélé de centres de Kondo et pousse le matériau vers la phase antiferromagnétique. Dans la même optique, on utilise un accélérateur de particules pour implanter des atomes d’hélium dans la maille du cristal. Les atomes d’hélium agissent comme une source de pression négative qui dilatent le réseau et réduisent la cohérence entre certaines quasi-particules de Kondo. On propose alors que cette implantation pourrait induire l’ordre antiferromagnétique puisqu’elle favorise l’interaction magnétique longue portée. Dans un premier ordre, on a dopé les échantillons de CeCoIn5 dopé à l'Yb avec une concentration de 5%, 10% et 15%. Tel qu’attendu, suite aux mesures de la chaleur spécifique en fonction de la température, on s’aperçoit que la valeur de la température de transition de phase supraconductrice diminue lorsqu’on augmente le dopage dans le monocristal. On montre ainsi la dépendance entre la concentration de dopant dans le cristal et la destruction inhomogène de l’état corrélé. Lorsqu’on remplace des électrons de l’orbitale 4f par des trous de cette bande, on détruit la cohérence entre les centres de Kondo qui induit la supraconductivité. Cette variation chimique peut être utilisée comme un paramètre de réglage qui favorise le régime de l’interaction magnétique près du QCP. Similairement, suite à une implantation d’atomes d’hélium de 0.1%, 0.5% et 1% des mailles dans les premiers 15 micromètre de CeCoIn5 , on constate que la dilatation du réseau réduit linéairement l’intéraction globale du régime fortement corrélé entre les singulets de Kondo. Cependant, la cohérence entre les centres de Kondo est plus difficile à obtenir, ce qui diminue la température critique (Tc) de la transition de phase supraconductrice. On associe cette diminution de Tc proche d’un QCP à la suppression inhomogène du régime liquide de Fermi. Alors, l’application d’une pression négative par implantation d’hélium est considérée comme un paramètre de réglage qui avantage l’interaction magnétique longue portée et conduit le cristal vers l’ordre AFM. / Superconductivity in the family of heavy fermion compounds such as CeCoIn5 develops near an antiferromagnetic instability. The proximity of this instability indicates a quantum critical point (QCP) between the antiferromagnetic phase and a Fermi liquid ground state. At such a point, the two ground states of the system are in competition and applying pressure or changeing the chemical composition moves the system away from the QCP. In this work, we study the reciprocity between the two methods of perturbation of the QCP. In this sense, the chemical composition of the CeCoIn5 is changed by doping the system with ytterbium atoms, which replace the cerium. The substitution of cerium which is trivalent and carries a magnetic moment atoms by the bivalent ytterbium is electronically and non-magnetic electron of the shell 4f by a hole of the same orbital and removing a magnetic moment. Thus, we destroy magnetic moments causing the Kondo coherence and push the material towards the antiferromagnetic phase. In the same vein, an accelerator is used to implant helium atoms in the lattice of the crystal. Helium atoms act as a source of negative pressure which expands the lattice and which destroys the coherence between certain Kondo singlets. It is then proposed that this implantation should eventually induce antiferromagnetic order since this is favoring the long-range magnetic interaction. First, Ce1−xYbxCoIn5 samples were doped with an Yb concentration of x = 5%, 10% and 15%. As expected, following the measurements of the specific heat as a function of temperature, it is found that the value of the temperature of the superconducting phase transition (Tc) decreases when the level of doping increases in the single crystal. Thus, we conclude that the more electrons in the 4f orbital are replaced by holes of this band, the more we destroy the coherence between the Kondo center which induces superconductivity We also show that this inhomogeneous destruction of the correlated state is linear with the concentration of induced holes in the crystal. we conclude that the more electrons in the 4f orbital are replaced by holes of this band, the more we destroy the coherence between the Kondo center which induces superconductivity. In this sense, this chemical variation used as a tunning parameter favors the magnetic state near the QCP. Similarly, following a helium atom implantation of 0.1%, 0.5% and 1% of the lattices in the first 15 μm of CeCoIn5 , we find that lattice expansion linearly decreases the correlation between Kondo singlets. Thus, the coherence between Kondo centers is more difficult to achieve, which decreases the critical temperature (Tc) towards the superconducting phase transition. This linear decrease of Tc close to a QCP is associated to the suppression of the Fermi liquid regime and thus is expected to lea the crystal to the AFM order. Then, the application of a negative pressure by helium implantation can be considered as a tunning parameter which benefits the long-range magnetic interaction

Matériaux dans lesquels les électrons responsables des propriétés de basse énergie son soumis à fortes corrélations sont aujourd'hui très étudiés à la recherche de nouvelles phases émergentes aux propriétés surprenantes et/ou utiles.Les supraconducteurs à base de fer (IBSC) sont maintenant considérés dans cette classe de composés. En utilissant des techniques multi-corps nécessaires pour le traitement théorique de ces corrélations (théorie du champ moyen de spin esclave - SSMFT et théorie du champ moyen dynamique - DMFT - en conjonction avec la théorie du fonctionnelle de la densité, DFT), dans cette thèse, j'etudie plusieurs propriétés d'IBSC.D’abord, j'analyse les composés très dopés de la famille de IBSC, qui montrent expérimentalement certains comportements typiques des ``fermions lourds'', des composés typiquement des terres rares ou des actinides, où des électrons extrêmement corrélés coexistent avec des électrons moins corrélés. En particulier je me concentre sur la chaleur spécifique et le pouvoir thermoélectrique et je montre comment ces propriétés peuvent être comprises dans le paradigme récemment développé ``métaux de Hund''. En effet, l’échange intra-atomique (le ``couplage de Hund'') est responsable de ces matériaux à éléments métal de transition en montrant la physique des fermions lourds. Je montre aussi que les caractéristiques typiquement fermions-lourds du spectre d’excitation, connues car les singularités de Van Hove sont bien capturées par notre modélisation au sein de DFT+SSMFT. J'utilise ensuite DMFT dans un modèle afin d'étudier l'impact direct des singularités de Van Hove sur la force des corrélations.Dans une seconde partie, je montre comment FeSe, le IBSC actuellement le plus étudié, se trouve également dans une phase métal de Hund, mais il est amené à la frontière de cette phase par la pression. Cette frontière est liée à une augmentation de la compressibilité électronique qui est positivement corrélée à l’augmentation de la supraconductivité trouvée dans les expériences.Je réalise une étude analogue sur le détenteur du record pour la température supraconductrice critique la plus élevée, la monocouche FeSe où je trouve également une compressibilité augmentée. Cela appuie la récente proposition selon laquelle la frontière du métal de Hund favorise la supraconductivité à haute température.Enfin, j'étudie la nature du magnétisme dans une autre famille de IBSC, les germanides de fer. J'explore différents ordres magnétiques possibles avec des simulations DFT et leur concurrence (ce qui peut en principe favoriser la supraconductivité) dans plusieurs composés où différents substitutions sont appliquées au composé parent YFe2Ge2. J'étudie également l'effet de la pression chimique sur ce composé. / Materials where the electrons responsible for the low-energy properties experience strong correlations are today very investigated in search of emerging new phases with surprising and/or useful properties. Iron-based superconductors (IBSC) are now considered in this class of compounds. Using the many-body techniques necessary for the theoretical treatment of these correlations (slave-spin mean field theory - SSMFT- and dynamical mean field theory - DMFT- in conjunction with density functional theory, DFT), in this thesis I address several properties of IBSC.First I analyze the very hole-doped compounds in the IBSC family, that show experimentally some behaviors typical of the so-called “heavy fermions”, compounds typically of rare earth or actinides, where extremely correlated electrons coexist with others less correlated. In particular I focus on the specific heat and the thermoelectric power and show how these properties can be understood in the recently developed paradigm of “Hund’s metals”. Indeed the intra-atomic exchange (the “Hund’s coupling”) is responsible for these materials of transition metal elements showing heavy-fermionic physics. I show also that typical heavy-fermionic features of the excitation spectrum, known as Van Hove singularities are well captured by our modelization within DFT+SSMFT. I then use DMFT in a model in order to study the direct impact of the Van Hove singularities on the strength of correlations.In a second part I show how FeSe, the presently most studied IBSC, is also in a Hund’s metal phase, but it is brought to the frontier of this phase by pressure. This frontier is connected to an enhancement of the electronic compressibility which correlates positively then with the enhancement of superconductivity found in experiments. I perform an analogous study on the record holder for the highest critical superconducting temperature, the monolayer FeSe where I also find an enhanced compressibility. This supports the recent proposal that the frontier of a Hund's metal favors high-temperature superconductivity.Finally I study the nature of magnetism in another family of IBSC, the iron-germanides. I explore different possible magnetic orders with DFT simulations and study their competition (which can in principle favor superconductivity) in several compounds where different chemical substitutions are applied to the parent compound YFe2Ge2. I also study the effect of chemical pressure on this compound.

L’étude des symétries d’un système peut en révéler de nombreuses propriétés physiques. La brisure, spontanée ou non, d’une de ces symétries implique alors d’importantes conséquences sur le comportement du système. On le voit dans la description actuelle de la physique des particules, avec notamment la création de la masse, ou dans la physique des solides, domaine de cette thèse, avec l’apparition de phases aux propriétés diverses, comme le magnétisme ou la supraconductivité. Le présent travail étudie par spectroscopie de photoémission résolue en angle (ARPES) les effets d’une brisure de symétrie dans deux systèmes différents : le système de fermions lourds URu2Si2 et l’oxyde de métal de transition (TMO) KTaO3. Le cristal d’URu2Si2 passe d’une phase paramagnétique pour T>THO, sujette à la cohérence de Kondo, vers la phase dite d’ordre caché pour T<THO, avec THO ≈ 17.5 K, brisant potentiellement plusieurs symétries. Bien qu’il y a presque trente ans que cettetransition de phase fut mesurée expérimentalement, aucun modèle théorique n’a encore réussi à faire consensus dans la communauté. Malgré une caractérisation expérimentale désormais très poussé de ce système, des informations résolues en angle manquent cruellement pour la compréhension de cette mystérieuse phase. Ce travail de thèse utilise donc des installations ARPES pour mettre en évidence, entre autre, le gap d’ordre caché, d’une amplitude inférieure à 10 meV. Nous montrons que ces mesures s’accordent avec plusieurs travaux expérimentaux précédents. Finalement, nous trouvons de fortes similarités entre les dispersions mesurées et celles calculées par LSDA, soulignant toutefois la nécessité d’introduire une renormalisation importante des masses effectives. Ce résultat contraint fortement les futures modélisations du comportement électronique de l’URu2Si2, tranchant sur l’approche à adopter.Contrairement au dernier système, où nous étudions une transition de phase, dans le tantalate de potassium KTaO3, notre attention se porte sur la brisure de symétrie de translation provoquée par la surface (111). Faisant suite à des mesures de transport qui revélèrent l’existence d’un gaz d’électron bidimensionnel (2DEG) à l’interface d’une hétérostructure de deux TMOs isolants de bandes, notre groupe mesura, plus tard, des 2DEGs aux surfaces (001) nues de SrTiO3 et de KTaO3, par ARPES. C’est dans la continuité de ces résultats que se place le présent travail, avec le désir d’élargir les caractéristiques de ces 2DEGs. Ainsi, poussé par la prédiction théorique d’état au caractère topologique non-trivial, nous apportons l’évidence d’un 2DEG à la surface (111) de KTaO3. Nous modélisons ensuite avec succès sa dispersion particulière grâce à des calculs de liaisons fortes. Ce travail constitue une étape dans la possible mise en évidence d’états au caractère topologique non-trivial dans les TMOs. / Several physical properties of a system can be understood by looking at the symmetries involved. Breaking of a symmetry affects the behavior of the system, regardless ifit happens spontaneously or not. This is observed with the emergence of the mass inparticle physics models, or with the diverse phases arising in condensed matter systems,as magnetism or superconductivity. Using angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), this work studies theeffects of a symmetry breaking for two different systems : the heavy fermion systemURu2Si2 and the transition metal oxide (TMO) KTaO3. In URu2Si2, a transition occurs from a paramagnetic phase at T>THO to the hiddenorder phase at T<THO, with THO ≈ 17.5 K. This new order potentially breaks several symmetries. Although this transition was measured almost thirty years back, usingelectrical transport, no theoretical model could yet bring a consensus in the community. Since then, various characterizations of this system have been realized, howevermomentum-resolved informations are still missing to help unravel this mystery. Thus,during this thesis, we used state-of-the-art ARPES setups to measure several gaps located at different points in the Brillouin zone, and with amplitudes below 10 meV. Someof them are related to the Kondo coherence, and one is the hidden order gap. We showthat these measurements are consistent with previous experimental works. Finally, weobserved that our measurements differ from LSDA calculations solely by a renormalization of the effective masses by, at least, a factor 10 close to the Fermi level. Taking intoaccount some interactions, such as electronic ones, could lead to a more accurate model.Our measurements provide the constraints for this possible modeling. Unlike the transition we just described, the symmetry breaking in potassium tantalate KTaO3 is not spontaneous. In this system, we look at the (111) surface, wherethe translation symmetry is broken. A metallic two-dimensional electron gas (2DEG)has been measured in 2004 by Ohtomo at the interface between two insulating TMOs :strontium titanate SrTiO3 and lanthanum aluminate LaAlO3. The possible electronicapplications of exotic properties in TMOs, resulting from the d orbitals, has brought anew wave of activity to this topic. Later, our group measured 2DEGs at the (001) baresurfaces of SrTiO3 and KTaO3. Following these results, we wished to tailor the characteristic of such 2DEGS. Led by the theoretical prediction of states with non-trivialtopological character, we are presenting the evidence of a 2DEG at the (111) surface ofKTaO3. We also discuss its dispersion and introduce a tight binding calculation modelsuccessfully. This work is a step towards the realization of non-trivial topological statesin transition metal oxides.

This investigation address the effect that pressure, p, and temperature, T, have on 4f-states of the rare-earth elements in the isostructural YbRh2Si2, EuCo2Ge2, and EuCu2Ge2 compounds. Upon applying pressure, the volume of the unit cell reduces, enforcing either the enhancement of the hybridization of the 4f-localized electrons with the ligand or a change in the valence state of the rare-earth ions. Here, we probe the effect of a pressure-induced lattice contraction on these system by means of electrical resistivity, from room temperature down to 100 mK. At ambient pressure, the electrical resistivity of YbRh2Si2 shows a broad peak at 130 K related to the incoherent scattering on the ground state and the excited crystalline electrical field (CEF) levels. At T_N = 70 mK, YbRh2Si2 undergoes a magnetic phase transition. Upon applying pressure up to p_1 = 4 GPa , T_N increases monotonously while the peak in the electrical resistivity is shifted to lower temperatures. For p &amp;lt; p_1 a different behavior is observed; namely, T_N depends weakly on the applied pressure and a decomposition of the single peak in the electrical resistivity into several shoulders and peaks occurs. Above p_2 = 9 GPa, the electrical resistivity is significantly reduced for T &amp;lt; 50 K and this process is accompanied by a sudden enhancement of T_N. Thus, our results confirm the unexpected behavior of the magnetization as function of pressure reported by Plessel et al. The small value of the magnetic ordering temperature for p &amp;lt; p_2 and the strength of the mechanism that leads to the peaks and shoulders in the electrical resistivity suggest that the f-electrons are still screened by the conduction electrons. Therefore, the observed behavior for pressures lower than p_2 might be a consequence of the competition of two different types of magnetic fluctuations (seemingly AFM and FM). Furthermore, the results suggest that a sudden change of the CEF scheme occurs at pressures higher than p_1, which would have an influence on the ground state. Additionally, a comparison of the pressure dependent features in the electrical resistivity of YbRh2Si2 with similar maxima in other isostructural YbT2X2 (T = transition metal; X = Si or Ge) compounds was performed. For the comparison, a simple relation that considers the Coqblin-Schrieffer model and the hypothesis of Lavagna et al. is proposed. A systematic behavior is observed depending on the transition metal; namely, it seems that the higher the atomic radii of the T-atom the smallest the pressure dependence of the maximum in the electrical resistivity, suggesting a weaker coupling of localized- and conduction-electrons. It is also observed that an increase in the density of conduction electrons reduces the pressure dependence of the characteristic Kondo temperature. The mechanism responsible for the sudden enhancement of T_N in YbRh2Si2 at about p_2 is still unknown. However two plausible scenarios are discussed. The Eu-ions in EuCo2Ge2 and EuCu2Ge2 have a divalent character in the range 100 mK &amp;lt; T &amp;lt; 300 K. Therefore, these systems order magnetically at T_N = 23 K and T_N = 12 K, respectively. The studies performed on EuCo2Ge2 and EuCu2Ge2 as a function of pressure suggest that a change to a non-magnetic trivalent state of the Eu-ions might occur at zero temperature for pressures higher than 3 GPa and 7 GPa, respectively. A common and characteristic feature on EuCo2Ge2 and EuCu2Ge2 is the absence of a clear first order transition from the divalent to the trivalent state of the Eu-ions at finite temperature for p &amp;gt; 3 GPa and for p &amp;gt; 7 GPa, respectively. In other isostructural Eu-based compounds, a discontinuous and abrupt change in the thermodynamic and transport properties associated to the valence transition of the Eu-ions is typically observed at finite temperatures. In contrast, the electrical resistivity of EuCo2Ge2 and EuCu2Ge2 changes smoothly as a function of pressure and temperature. The analysis of the the electrical resistivity of EuCo2Ge2 suggest that a classical critical point might be close to the AFM-ordered phase, being a hallmark of this compound. The overall temperature dependence of the the electrical resistivity of EuCo2Ge2 changes significantly at 3 GPa; therefore, it seems that the system suddenly enters to a T-dependent valence-fluctuating regime. Additionally, the pressure-dependent electrical-resistivity isotherms show a step-like behavior. Thus, it is concluded that discontinuous change of the ground state might occur at 3 GPa. The electrical resistivity of EuCu2Ge2 at high pressure is characterized by a negative logarithmic T-dependence in the pressure range 5 GPa &amp;lt; p &amp;lt; 7 GPa for T &amp;gt; T_N and by a broad peak in the pressure dependent residual resistivity, whose maximum is located at 7.3 GPa. The first behavior resembles the incoherent scattering process typical for an exchange coupling mechanism between the localized electrons and the ligand. This and the peak effect in the local 4f susceptibility observed in NMR measurements are consistent with such a coupling mechanism. Thus, it would be for the first time that a dense Eu-based compound like EuCu2Ge2 show such a behavior. Combining the results of the experiment performed at high pressures on EuCu2Ge2 with the studies performed in the EuCu2(Ge1-xSix)2 series, a crossover from an antiferromagnetically ordered state into a Fermi-liquid state for pressures higher than 7.3 GPa may be inferred from the analysis. Therefore, it may be possible that the sudden depopulation of 4f-level occur mediated by quantum fluctuation of the charge due to a strong Coulomb repulsion between the localized-electrons and the ligand. This phenomenon would explain the broad peak in the residual resistivity. To our knowledge, this would be the first Eu-based compound, isostructural to ThCr2Si2, that show such a transition as function of pressure at very low temperatures.

The subject of this work subscribes to the international preoccupation regarding the elucidation of magnetic properties of solids. The crystallographic, electronic and magnetic structures of Al-Mn-Ni alloys and compounds have been investigated by X-ray diffraction, magnetization and magnetic susceptibility measurements, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and band structure calculations. The thesis is organized in 6 Chapters, followed by the summary. Chapter 1 contains a brief theoretical introduction into the magnetism of metallic systems, as well the principles of XPS. The sample preparation details and all the techniques employed in the characterization of the systems are described in Chapter 2. The next 4 Chapters contain the experimental results for Mn1-xAlxNi3, Mn1-xAlxNi, Ni1-xMnxAl, Ni0.7-xAlxMn0.3 systems.