Effet de Haas-van Alphen dans les supraconducteurs à haute température critique

par Cyril Jaudet

Thèse de doctorat en Physique de la matière

Sous la direction de David Vignolles et de Cyril Proust.

Soutenue en 2009

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Ce travail de thèse est basé sur des mesures d'oscillations quantiques de l'aimantation dans les supraconducteurs à haute température critique. Ces matériaux ont été découvert en 986 par Bednorz et Müller. Ils sont caractérisés par la présence de plans CuO2 dont on peut faire varier la concentration électronique. A faible dopage, ces systèmes se comportent comme un isolant, les électrons étant localisés par une forte répulsion coulombienne. A très fort dopage, ces systèmes retrouvent un comportement de type liquide de Fermi. Entre ces deux extrêmes, un dôme supraconducteur, dont la température critique maximum correspond au dopage dit optimum, apparaît. Différentes sondes expérimentales ont révélé, du côté sous-dopé, la présence d'une phase dite \emph{pseudogap}. La physique de ces systèmes soulève plusieurs questions fondamentales: quelle est la nature de cette phase \emph{pseudogap}, quel est le mécanisme d'appariement à l'origine de la supraconductivité. Au cours de cette thèse, nous avons développé un système de mesure de l'aimantation par cantilever piezorésistif sous champ magnétique intense à très basse température. Nos mesures ont révélé la présence d'oscillations quantiques de l'aimantation des deux cotés du diagramme de phase et ce pour la première fois. Ces oscillations prouvent l'existence d'une surface de Fermi fermée et cohérente qui évolue d'une large orbite de trou du côté sur-dopé à une surface de Fermi contenant une ou plusieurs petites poches du côté sous-dopé. De plus, la présence d'un battement de ces oscillations suggère la restauration de la cohérence selon l'axe c à très basse température du côté sous-dopé du diagramme de phase. Ces différents faits expérimentaux vont dans le sens d'un état fondamental de type liquide de Fermi. Le \emph{pseudogap} marquerait alors l'apparition d'une phase ordonnée en compétition avec la supraconductivité.

  • Titre traduit

    De Haas-van Alphen e®ect in the hight temperature superconductors


  • Résumé

    This thesis work is based on quantum oscillation measurements of the magnetization in high temperature superconductors. These materials were discovered in 1986 by Bednorz and Müller. They are characterized by the presence of CuO2 planes of which the electronic concentration can be changed. At low doping, these systems have insulating behavior, the electron being localised by strong Coulomb repulsion. At very high doping, these systems recover Fermi liquid behavior. Between these two extremes there is a superconducting dome at which the maximum critical temperature corresponding to a doping, called optimum, arises. Various experimental probes reveal, on the underdoped side, the presence of the so-called \emph{pseudogap} phase. The physics of this system raise several fundamental questions: What is the nature of this \emph{pseudogap} phase and what is the pairing mechanism at the origin of this superconductivity. During this thesis, we have developed a measurent system of the magnetization with a piezoresistive cantilever under high magnetic field and at very low temperature. Our measurements have revealed the presence of quantum oscillations of the magnetization for the first time on each side of the phase diagram. These oscillations attest of the existence of a closed and coherent Fermi surface which evolves from a huge orbit of holes on the overdoped side to a Fermi surface containing one or several small pockets on the underdoped side. Moreover, the presence of a beating in these oscillations suggest the restoration of the coherence along the c-axis at very low temperature and at very high magnetic field on the underdoped side. These different experimental facts are consistent with a Fermi liquid fundamental state. The \emph{pseudogap} is a hallmark of the appearance of an ordered phase in competition with superconductivity.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (138 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 129-138

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009TOU30163
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