Effets d'une impureté non magnétique dans la phase normale des cuprates supraconducteurs PDF Download

Author: Eric Semel
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Languages : fr
Pages : 176

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L'AJOUT D'IMPURETES POUR TESTER LES PROPRIETES DES MATERIAUX EST UNE TECHNIQUE BIEN CONNUE, ET A ETE UTILISEE DES LA DECOUVERTE DE LA SUPRACONDUCTIVITÉ DANS LES CUPRATES. DES EXPERIENCES DE RMN (RESONNANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE) MONTRENT QU'UNE IMPURETE NON MAGNÉTIQUE INDUIT UNE AIMANTATION DANS LE VOISINAGE DE L'IMPURETÉ, DONT LES OSCILLATIONS RÉVÈLENT LA PRÉSENCE DE FORTES CORRÉLATIONS ANTIFERROMAGNÉTIQUES. AFIN DE DÉCRIRE MICROSCOPIQUEMENT CE PHÉNOMÈNE, J'AI UTILISÉ, GUIDÉ PAR LES RESULTATS EXPERIMENTAUX, UN MODÈLE DE CORRÉLATIONS FORTES, LE HAMILTONIEN t-t'-J, SUR RESEAU CARRÉ (REPRESENTANT LES PLANS CUIVRE OXYGÈNE DES CUPRATES). CET HAMILTONIEN, TRANSFORMÉ VIA LE FORMALISME DES BOSONS ESCLAVES, A ETE DÉCOUPLÉ PAR CHAMP MOYEN. LE MODÈLE DÉVELOPPÉ CONSIDÈRE UNE IMPURETÉ UNIQUE REPRÉSENTÉE PAR UN SITE EXCLU, CONFORMÉMÉNT AUX EXPÉRIENCES QUI TENDENT A MONTRER QUE LES EFFETS LIÉS À LA PRÉSENCE D'IMPURETÉS SONT PROPORTIONNELS À LEUR CONCENTRATIONS (PAS D'INTERACTION ENTRE ELLES). SOUS CETTE FORME, LE PROBLÈME EST CELUI DES DEUX GAZ SANS INTERACTION (GAZ DE DEGRÉ DE LIBERTÉS DE SPINS OU " SPINONS " ET GAZ DE DEGRÉ DE LIBERTÉS DE CHARGES OU " HOLONS ") MAIS INTERDÉPENDANTS; LES PARTICULES DE CE GAZ DIFFUSANT SUR L'IMPURETÉ. L'AIMANTATION INDUITE DANS LE VOISINAGE DE L'IMPURETÉ EST DÉTERMINÉE PAR UN SYSTÈME D'ÉQUATIONS AUTOCOHÉRENTES, L'OUTILS DE BASE ÉTANT LES FONCTIONS DE GREEN, CARACTÉRISANTS LA PROPAGATION DES SPINONS ET HOLONS D'UN SITE À L'AUTRE SUR LE RÉSEAU CARRÉ. LES RÉSULTATS QUE J'OBTIENT SONT EN BON ACCORD AVEC LES EXPÉRIENCES. JE RETROUVE UNE AIMANTATION ALTERNÉE, DONT L'ENVELOPPE DÉCROIT COMME UNE FONCTION DE BESSEL. LA LONGUEUR CARACTÉRISTIQUE DE CETTE DÉCROISSANCE, ASSIMILÉE À LA LONGUEUR DE CORRÉLATIONS MAGNÉTIQUES LIÉE À LA PRÉSENCE DE L'IMPURETÉ, A POUR ORDE DE GRANDEUR QUELQUES PARAMÈTRES DE MAILLES, ET SON COMPORTEMENT EN TEMPÉRATURE ET DOPAGE EST SIMILAIRE À CE QUI EST EXPÉRIMENTALEMENT OBSERVÉ. IL EN VA DE MÊME POUR LES AUTRES GRANDEURS PHYSIQUES DÉTERMINÉES (TEMPÉRATURE DE CURIE-WEISS, SUSCEPTIBILITÉ, ETC...)

Author: Sven Badoux
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Languages : fr
Pages : 171

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Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la physique des supraconducteurs à haute température critique et à leur diagramme de phase. Depuis leur découverte en 1986, ces matériaux ont suscité un fort engouement notamment à cause de leur température critique élevée. La phase supraconductrice, dans le diagramme de phase de ces matériaux, présente un dôme avec une température critique maximale qui délimite le côté sous dopé (à gauche) du coté sur dopé (à droite). Ce dôme est situé entre une phase isolante et une phase métallique (type liquide de Fermi). Afin de comprendre l'origine de la supraconductivité, il est important de bien caractériser la phase normale à partir de laquelle elle se développe. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux propriétés à basse température. Pour cela, des champs magnétiques intenses ont été nécessaires afin de détruire la supraconductivité et de restaurer l'état normal à basse température. Les oscillations quantiques ont été découvertes en 2007, dans ces matériaux, par des mesures de résistivité et d'aimantation sous champ magnétique intense et à basse température. La présence d'oscillations quantiques de faibles fréquences associées à des coefficients de Hall et Seebeck négatifs ont mis en évidence la présence d'une petite poche d'électrons dans la surface de Fermi couvrant seulement 1.9% de la première zone de Brillouin (PZB) du côté sous dopé. Ceci est incompatible avec les calculs de structure de bandes. Ce résultat est en fort contraste avec les oscillations quantiques mesurées dans les cuprates sur-dopés qui correspondent à la large orbite de type trou prédite par les calculs de structure de bandes et qui occupe 65% de la PZB. La présence de cette petite poche d'électrons dans des composés sous-dopés en trous peut être expliquée par une reconstruction de la surface de Fermi. En effet, des mesures de RMN et de rayons X ont montré la présence d'une onde de densité de charge en compétition avec la supraconductivité. Pour étudier plus en détail cette reconstruction et la relation entre la surface de Fermi déduite des oscillations quantiques et l'ordre de charge, nous avons réalisé différentes séries de mesures à 70T dans une large gamme de dopage, de champs magnétiques et de températures pour des échantillons d'YBa2Cu3Oy. Nous avons également utilisé la pression hydrostatique pour induire un changement de dopage sur un même échantillon. Ces mesures ont révélé la présence d'une nouvelle série d'oscillations de plus faible fréquence que nous avons associé à une poche de trou. Ce résultat permet d'expliquer plusieurs propriétés de transport mesurées dans le composé YBa2Cu3Oy. En parallèle, nous avons également réalisé des mesures de transport dans des échantillons de HgBa2CuO4+?, considéré comme un matériau modèle de la famille des cuprates (absence de chaîne et structure monoplan). Nous avons réussi à observer des oscillations quantiques, similaires à celles observées dans YBa2Cu3Oy. Ceci a permis de démontrer l'universalité de ce phénomène dans les cuprates et de confirmer de manière indiscutable que les plans conducteurs sont le siège de la reconstruction de la surface de Fermi à l'origine de ces oscillations quantiques. Enfin, nous avons effectué différentes simulations de reconstruction de la surface de Fermi basées sur un ordre de charge bi-axial qui a récemment été mis en évidence par des mesures de RMN, de rayons X et de vitesse du son. Les surfaces de Fermi obtenues ont été comparées aux mesures expérimentales.

Author: Yannis Laplace
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La découverte récente de supraconductivité à relativement haute température (Tc,max=56K) dans les pnictures de Fer soulève des questions fondamentales sur l'origine et la nature de la supraconductivité : en particulier, la présence d'une phase antiferromagnétique à proximité de celle-ci dans leur diagramme de phase, comme dans d'autres supraconducteurs non conventionnels pose la question du lien entre magnétisme et supraconductivité.Nous nous sommes intéressés à la nature de l'état normal ainsi que des phases antiferromagnétique et supraconductrice d'un point de vue local grâce à la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) dans les pnictures de Fer. Nous avons pour cela étudié des pnictures de Fer de même composé parent BaFe2As2 pour des substitutions Co en site Fer de nature hétérovalente et réalisant un dopage électron ou bien Ru en site Fer de nature isovalente. L'état normal de ces matériaux présente des différences notables avec l'état normal des cuprates supraconducteurs : le désordre introduit par les substitutions au niveau intraplan est faible et on constate l'absence d'une phase de PseudoGap pour la susceptibilité de spin. Les diagrammes de phase sont similaires pour le Co et le Ru mais nos mesures montrent que la nature des phases antiferromagnétique et supraconductrice est en réalité qualitativement différente à l'échelle locale pour les deux types de substitution. Pour la substitution au Co réalisant un dopage électron, les phases électroniques sont homogènes et nous démontrons en particulier qu'à certains dopages, un ordre antiferromagnétique incommensurable coexiste avec la supraconductivité jusqu'à une échelle atomique, suggérant une nature itinérante du magnétisme et un état supraconducteur possédant une symétrie non conventionnelle. Pour la substitution isovalente au Ru, les phases électroniques sont inhomogènes à une échelle étonnamment faible, de l'ordre du nanomètre, mettant en jeu une coexistence entre magnétisme et supraconductivité très distribuée spatialement. Ce travail illustre la possibilité d'engendrer une phase supraconductrice non conventionnelle en déstabilisant une phase antiferromagnétique au moyen de mécanismes agissant soit dans l'espace réciproque (dopage électron), soit dans l'espace réel (substitution isovalente) et donnant lieu par ailleurs à une coexistence de ces phases de nature très différente dans les deux cas.

Author: Manuel Houzet
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Languages : fr
Pages : 127

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Dans les supraconducteurs bidimensionnels placés dans un champ magnétique légèrement incliné, le champ critique Hc2 est déterminé non seulement par l'effet orbital, mais aussi par l'effet paramagnétique. Ce dernier doit aussi être pris en compte dans les supraconducteurs magnétiques à cause de la polarisation du sous-réseau d'ions magnétiques (par exemple les ions Tm dans le borocarbure TmNi2B2C). De nouvelles phases supraconductrices avec un paramètre d'ordre modulé spatialement doivent alors apparaître et nous faisons l'étude théorique de leurs propriétés. Dans la phase mixte, on s'attend à une modification des propriétés du réseau de vortex. Nous étudions ce problème dans le cadre d'une fonctionnelle de Ginzburg-Landau modifiée qui inclut l'effet paramagnétique. Dans les supraconducteurs bidimensionnels, le réseau triangulaire n'est pas toujours le plus favorable. Il peut être remplacé par des structures exotiques avec un réseau déformé et des vortex multiquanta. Le diagramme de phase comprend une structure très riche, avec de nombreux changements de la symétrie du réseau et des points critiques séparant les transitions de 1er et 2nd ordre entre la phase normale et les différents états supraconducteurs. Dans les supraconducteurs tridimensionnels, la phase non-uniforme se traduit par la modulation du paramètreπ d'ordre le long des vortex, ainsi qu'un changement d'ordre de la transition à Hc2(T). Dans les multicouches ferromagnétique/supraconducteur, une phase non-uniforme apparaît également en présence d'un champ d'échange suffisamment fort. Elle correspond à la phase-π avec un paramètre d'ordre qui change de signe entre les couches supraconductrices successives. Elle se manifeste par un comportement non-monotone des propriétés maiques Hcl(T) et longueur de pénétration. Nous appliquons ces résultats à l'étude du supraconducteur ferromagnétique faible RuSr2GdCu208 et nous interprétons l'absence d'effet Meissner dans certains échantillons.

Author: Igor Vinograd
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Languages : fr
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Les cuprates sont des matériaux que l'on peut faire passer d'un isolant antiferromagnétique à un métal normal en augmentant leur densité de porteurs par dopage chimique. Aux dopages intermédiaires, une riche variété de phases électroniques apparaît aux côtés de la phase supraconductrice, ou même entrelacée avec elle. Le but de cette thèse était de caractériser divers aspects de la compétition entre la supraconductivité et les ordres de charge ou de spin, en utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN). Une première partie du travail a consisté à améliorer la modélisation des spectres RMN des noyaux de 17O dans les deux phases onde de densité de charge (ODC) présentes dans YBa2Cu3Oy: l'ordre à courte portée et l'ordre à longue portée (induit par le champ magnétique). En plus de fournir un cadre d'analyse beaucoup plus précis pour les données de RMN en fonction du champ, du dopage et de la pression (voir ci-après), les résultats indiquent que l'ODC à haut champ est uni-axiale (c'est-à-dire avec un vecteur d'onde unique q), avec une période commensurable avec le réseau de trois cellules unitaires (q = 1/3). Le deuxième aspect de la compétition de phases abordé dans ce travail est l'effet (controversé) de la pression hydrostatique. Nos mesures montrent qu'une pression de 1,9 GPa n'affaiblit que très légèrement l'ODC à courte portée dans l'état normal ainsi que l'ODC à longue portée observée à haut champ. Les résultats soutiennent l'hypothèse selon laquelle l'augmentation continue de Tc lorsque la pression augmente jusqu'à 15 GPa est presque entièrement due à une diminution progressive de la force de l'ODC. Ceci montre que la pression hydrostatique est un paramètre permettant de contrôler la compétition entre l'ODC et la supraconductivité dans les cuprates.Dans la troisième partie de la thèse, des mesures du taux de relaxation spin-réseau (1/T1) des noyaux de 139La ont permis d'étudier l'effet d'un champ magnétique sur la mise en ordre vitreuses des spins dans La2-xSrxCuO4. En utilisant des champs élevés jusqu'à 45 T, nous montrons que le champ est capable d'induire une phase gelée, ou presque gelée, à des niveaux de dopage bien supérieurs à ceux supposés précédemment, à savoir jusqu'au dopage critique attribué à l'extrémité de la phase pseudogap mais pas au-delà de ce point, ou pas loin au-delà. Ce résultat a des implications importantes pour l'interprétation de la phase de pseudogap et de la criticité quantique qui lui est associée.