La skutterudite PrOs4Sb12 : supraconductivité et corrélations

par Marie-Aude Méasson

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Daniel Braithwaite.

Soutenue en 2005

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

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  • Résumé

    La skutterudite PrOs4Sb12 est le premier composé à fermion lourd supraconducteur à base de Praséodyme. Cette thèse s'attache à répondre à plusieurs questions le concernant comme la détermination de l'intensité de la renormalisation de la masse des quasi-particules, la nature et le mécanisme à l'origine de la supraconductivité et la nature intrinsèque ou extrinsèque de la double transition supraconductrice vue en chaleur spécifique. Nous proposons une interpolation de la chaleur spécifique en phase normale en tenant compte des interactions magnétiques entre ions Pr. Nous extrayons alors un terme électronique de chaleur spécifique compris entre 300 et 750mJ/K2. Mol(Pr). L'analyse du saut en chaleur spécifique à la transition supraconductrice confirme que les quasi-particules lourdes sont impliquées dans la supraconductivité et que la supraconductivité est en régime de couplage fort. Des caractérisations systématiques par chaleur spécifique, résistivité et susceptibilité indiquent que la double transition apparaît dans les meilleurs échantillons. Néanmoins nous apportons les premiers doutes sérieux sur sa nature intrinsèque, parce que nous avons trouvé plusieurs échantillons avec une unique transition étroite et parce qu'une forte dispersion dans la valeur du rapport des deux sauts en chaleur spécifique a été mise en évidence. De plus, en établissant les diagrammes de phase supraconducteurs sous champ magnétique et sous pression jusqu'à 4. 2 GPa par chaleur spécifique alternative, nous montrons que les deux transitions supraconductrices Tc1 et Tc2 présentent des comportements similaires. Nous avançons l'hypothèse que le fort changement dans l'évolution des Tc sous pression au dessus de 2 GPa est dû à un changement de nature de la supraconductivité (impliquant des fluctuations puis uniquement phononique à respectivement basse et haute pression) en lien avec l'augmentation du gap de champ cristallin des ions Pr sous pression. L'analyse du second champ critique Hc2(T) montrent la présence d'au moins deux bandes supraconductrices et conclue à la nature singulet du spin des paires de Cooper. Une forte distorsion du réseau de vortex, constante avec le champ et la température, est obtenue par diffraction de neutrons. Des mesures supplémentaires ou un nouveau calcul seraient nécessaires pour trancher entre une explication basée sur la présence de zéros dans le gap supraconducteur et une analyse basée sur la topologie de la surface de Fermi en symétrie Th.


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  • Titre traduit

    ˜The œfilled skutterudite PrOs4Sb12 : superconductivity and correlations


  • Résumé

    The filled skutterudite PrOs4Sb12 is the first Pr-based heavy fermion superconductor. This thesis addresses several important open questions including the determination of the quasi-particle mass renormalisation, the nature and mechanism of superconductivity, and the intrinsic or extrinsic nature of the double superconducting transition seen in the specific heat. A fit of the specific heat with magnetic interactions between the ions Pr is proposed. We extract from it an electronic term of between 300-750mJ/K2. Mol(Pr). Analysis of the specific heat jump provides evidence that heavy carriers are involved in Cooper pairing and that superconductivity is strongly coupled. Extensive characterisations by specific heat, resistivity, susceptibility measurements show that a double transition appears in the best samples. Nevertheless we bring the first serious doubts on the intrinsic nature of the double transition, because we have found samples with a single sharp transition at Tc2 and because the ratio of the two specific heat jumps shows strong dispersion among the samples. Furthermore we have measured the superconducting phase diagrams with an A. C. Specific heat technique under magnetic field and under pressure up to 4. 2 GPa, and we show that the two transitions, Tc1 and Tc2, exhibit similar behaviours with magnetic field and pressure. We find a strong change in the pressure dependence of Tc's above 2 GPa which might be related to a change in the nature of the superconductivity under pressure (at least partially mediated by fluctuations and only by phonons at respectively low and high pressure) which may be linked to the increase of the crystal field gap of the Pr ions. Analysis of the upper critical field shows the presence of at least two superconducting bands and concludes to a singlet nature of the pairing. A strong distortion of the flux-line lattice, which is constant with temperature and field, is obtained by small angle neutron scattering measurement. Further measurement or calculation are needed to distinguish between the explanation based on the presence of nodes in the superconducting gap and the analysis based on the topology of the Fermi surface in a Th symmetry.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (189 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 167-175

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/GRE1/0258
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/GRE1/0258/D
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