Étude des transitions de phases quantiques supraconducteur-isolant, métal-isolant dans des matériaux amorphes désordonnés proches de la dimension 2

by Olivier Crauste

Doctoral thesis in Physique. Physique des solides et des milieux denses

Under the supervision of Louis Dumoulin.

defended on 2010

in Paris 11 , in a partnership with Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

  • Alternative Title

    Study of Superconductor-Insulator, Metal-Insulator Quantum Phase Transitions on amorphous, disordered materials near the dimension 2


  • Abstract

    The understanding of the effect of disorder on the superconductivity remains a major issue in solid state physics. This problem involves the competition between the disordered-induced localization and the formation of the Cooper pairs. These effects are dramatic in 2D, the lower dimension for either a metal or a superconductor. The system is often described by a Superconductor–Insulator Transition (SIT) and is interpreted as a Quantum Phase Transitions, that occur at T=0 and induced by a parameter crossing a critical value such as the electronic density of state, the microscopical disorder and the thickness. The NbxSi1-x alloy is of great interest for the study of the SIT. It is homogeneous and amorphous down to 2. 5 nm and up to 250°C of annealing. We observed a SIT induced by the composition, the annealing and the thickness, that we compared to the fermionic theories (Finkel'stein) relying on the weakening of the superconductivity by disorder, and the bosonic theories (Dirty Boson Model, Fisher), relying on the Cooper pairs localization. Theses experiments undermine the idea that a unique parameter such as the sheet resistance or the kFl product of the Fermi wave vector and the electron mean free path can describe all "disorder”. They outline the specific effect of the thickness. We study the “metallic” state that appears at the lowest temperature between the superconductive and the insulating states, that contradicts the dogma according to which no metal can exist at 2D. The phase diagram we obtain with these samples is well interpreted with the “Bose Metal” concept of Das&Doniach. The NbxSi1-x is thus a promising system for an advance study of this new metallic state.


  • Abstract

    La compréhension du rôle du désordre sur la supraconductivité reste un problème fondamental de la physique du solide. Ce sujet illustre la compétition entre les phénomènes de localisation par le désordre et la formation de paires de Cooper et devient spectaculaire à 2D, dimension limite pour l'état métallique ou supraconducteur. Généralement, le système décrit une Transition directe Supraconducteur–Isolant (TSI), Transition de Phase Quantique définie à T=0 et provoquée par la densité d'états électroniques, le désordre microscopique, l'e����paisseur. . . L'alliage NbxSi1-x est intéressant pour l'étude de cette TSI. Il est amorphe et homogène jusqu'à des épaisseurs de 2,5 nm et des températures de recuit de 250°C et nous observons une TSI induite par la composition, le recuit et l'épaisseur. Nous avons étudié cette TSI par rapport aux théories fermionique (Finkel'stein) d'affaiblissement de la supraconductivité par le désordre et bosonique (Dirty Boson Model de Fisher) de localisation des paires de Cooper. Cette étude remet en cause la possibilité de réduire la mesure du «désordre» à un unique paramètre tel que la résistance carrée ou le produit kFl (vecteur d'onde de Fermi et libre parcours moyen électronique) et soulignent l'effet spécifique de l'épaisseur. Par ailleurs, nous observons une phase «métallique» qui apparaît à très basse température entre les phases supraconductrices et isolantes, contredisant les théories de non-existence d'un métal à 2D. Nous montrons que le diagramme de phase de ces échantillons peut s'interpréter avec le concept de «métal de Bose» de Das&Doniach. Le NbSi est donc un système prometteur pour l'étude plus approfondie de ce nouvel état métallique.

Consult library

Version is available as a paper

Informations

  • Details : 1 vol. (X-180 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 161-172

Where is this thesis?

  • Library : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Available for PEB
  • Odds : 0g ORSAY(2010)337
See the Sudoc catalog libraries of higher education and research.