Spectroscopie Raman du supraconducteur FeSe

par Pierre Massat

Thèse de doctorat en Physique. Matière condensée

Sous la direction de Yann Gallais.

Soutenue le 07-04-2017

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Université Paris Diderot - Paris 7 (établissement de préparation) et de Laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Véronique Brouet.

Le jury était composé de Yann Gallais, Véronique Brouet, Jean-Pascal Rueff, Marc-Henri Julien, Christian Bernhard, Andrés Cano, Giuliano Orso.

Les rapporteurs étaient Jean-Pascal Rueff, Marc-Henri Julien.


  • Résumé

    La découverte en 2008 des supraconducteurs à base de fer a ouvert un nouveau champ d'investigation de la supraconductivité à haute température critique. En particulier, la phase nématique de ces matériaux pourrait jouer un rôle prépondérant dans le mécanisme de la supraconductivité. Nous avons étudié le composé FeSe par spectroscopie Raman, à pression ambiante et sous pression hydrostatique. Celui-ci ne possède pas d'ordre magnétique statique à pression ambiante, ce qui en fait un composé de choix pour l'étude de l'ordre nématique. Nous avons observé les fluctuations nématiques de charge. Leur évolution dans la phase tétragonale prouve l'existence d'une instabilité nématique d'origine électronique, qui gouverne la transition structurale. Dans la phase orthorhombique, le comportement des phonons souligne le rôle du couplage spin-phonon dans la transition nématique. Par ailleurs, la forme de la réponse Raman supraconductrice est compatible avec l'existence de deux gaps de symétrie s, dont un est anisotrope. Sous pression hydrostatique, les fluctuations nématiques s'atténuent rapidement. Le point critique quantique électronique associé se situe à très basse pression, peu avant l'apparition de l'ordre magnétique. Les fluctuations nématiques disparaissent complètement vers 2 GPa, quand la transition structurale passe de second ordre à premier ordre. C'est également proche de cette pression que se produit une anomalie dans le comportement des phonons, qui indique une modification de la structure électronique du système. Nos mesures révèlent en outre l'existence d'un pseudogap. Sa température d'apparition chute simultanément à la disparition de la phase magnétique, quand la température critique de supraconductivité atteint son maximum. Enfin, la réponse Raman de l'état supraconducteur à 7.8 GPa montre une signature claire d'un gap plein.

  • Titre traduit

    Raman spectroscopy of the superconductor FeSe


  • Résumé

    The discovery in 2008 of the iron-based superconductors opened a new field of investigation of high-temperature superconductivity. In particular, the nematic phase of these materials may play a major role in the mecanism of superconductivity. We studied the FeSe compound using Raman spectroscopy, at ambient pressure and under hydrostatic pressure. This material does not display any static magnetic order at ambient pressure and is therefore an excellent choice to study the nematic order. We observed the charge nematic fluctuations. Their evolution in the tetragonal phase proves the existence of an electronic nematic instability, which drives the structural transition. In the orthorhombic phase, the behaviour of the phonons underlines the role of the spin-phonon coupling in the nematic transition. Besides, the shape of the superconducting Raman response is compatible with the existence of two s-wave gaps, one of which is anisotropic. Under hydrostatic pressure, the nematic fluctuations reduce rapidly. The associated electronic quantum critical point is situated at very low pressure, just before the appearance of magnetic order. The nematic fluctuations completely disappear around 2 GPa, when the structural transition changes from second order to first order. An anomaly of the phonons also occurs close to this pressure, which indicates a modification of the electronic structure of the system. Our measurements additionally reveal the existence of a pseudogap. Its temperature of appearance reduces significantly simultaneously to the disappearance of magnetic order, when the critical temperature of superconductivity reaches its maximum. Finally, the Raman response in the superconducting state at 7.8 GPa shows a clear signature of a full gap.


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