Nuclear magnetic resonance in high magnetic field: Application to condensed matter physics

Abstract

In this review, we describe the potentialities offered by the nuclear magnetic resonance (NMR) technique to explore at a microscopic level new quantum states of condensed matter induced by high magnetic fields. We focus on experiments realised in resistive (up to 34 T) or hybrid (up to 45 T) magnets, which open a large access to these quantum phase transitions. After an introduction on NMR observables, we consider several topics: quantum spin systems (spin–Peierls transition, spin ladders, spin nematic phases, magnetisation plateaus, and Bose–Einstein condensation of triplet excitations), the field-induced charge density wave (CDW) in high-Tc superconductors, and exotic superconductivity including the Fulde–Ferrel–Larkin–Ovchinnikov superconducting state and the field-induced superconductivity due to the Jaccarino–Peter mechanism. Dans cette revue, nous décrivons les opportunités offertes par la résonance magnétique nucléaire (RMN) pour étudier les propriétés microscopiques des nouveaux états quantiques de la matière induits par les champs magnétiques intenses. Nous mettons l'accent sur les expériences réalisées dans des bobines résistives (jusqu'à 34 T) ou hybrides (jusqu'à 45 T), qui ouvrent un large accès à ce type de transitions quantiques. Après avoir introduit les quantités observables par RMN, nous considérons plusieurs domaines de recherche : les systèmes de spins quantiques (la transition de spin–Peierls, les échelles de spin, les phases nématiques de spin, les plateaux d'aimantation et la condensation de Bose–Einstein des excitations triplets), l'onde de densité de charge induite sous champ dans les supraconducteurs à haute Tc, et la supraconductivité exotique, avec la phase supraconductrice Fulde–Ferrel–Larkin–Ovchinnikov et la supraconductivité induite sous champ de type Jaccarino–Peter.