Mgb2 : le supraconducteur à 2 GAPS

par Laurence Lyard

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Thierry Klein et de Christophe Marcenat.

Soutenue en 2005

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) .

mots clés

Résumé

MgB2 est un composé supraconducteur conventionnel et exotique : conventionnel dans son couplage électron-phonon, exotique dans la présence de deux gaps supraconducteurs faiblement couplés. Sa récente découverte a engendré un grand nombre de travaux. Mais si un consensus s'est établi rapidement sur sa nature multigap, les valeurs des paramètres de l'état supraconducteur comme les longueurs de cohérence (ξ) et de pénétration (λ) aim que celles des champs critiques inférieur (Hc1) et supérieur (Hc2) restaient controversées. Mon travail de thèse a consisté à déterminer les valeurs de ces paramètres et de leur an isotropie en utilisant deux techniques complémentaires : la magnétométrie à sondes de Hall et la chaleur spécifique alternative. Nous avons ainsi établi le diagramme de phases H- T de MgB2. En mesurant la répartition de l'induction magnétique sur une collection d'échantillons de rapports de dimensions variés, nous avons mis en évidence la présence de barrières géométriques, retardant l'entrée des vortex. Les dépendances de l'anisotropie de Hcl et Hc2 avec la température et celle de λ et ξ avec le champ magnétique ont été établies. Elles sont dues à la présence de deux bandes supraconductrices faiblement couplées et dont l'influence relative varie en fonction de la position dans le diagramme H-T. Enfin, nous avons étudié des échantillons dopés et irradiés. La substitution de Mg par Al modifie la densité électronique et donc les champs critiques. En revanche le désordre ponctuel introduit par l'irradiation aux électrons amplifie le piégeage volumique des vortex. Il augmente brutalement l'effet de pic qui pourrait être révélateur d'une transition ordre-désordre.

Titre traduit

MgB2 : the two gaps superconductor

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Résumé

MgB2 is a conventional and exotic superconductor : conventional in its electron-phonon coupling mechanism, exotic in the presence oftwo weakly coupled superconducting gaps. Lts recent discovery generated a great number ofworks. But ifa consensus were quickly established on the multigap nature ofMgB2, the values ofthe fundamental superconducting parameters such as the coherence (ξ) and penetration (λ) lengths and those of the lowe , (Hc 1) and upper (Hc2) critical fields remained discussed. My thesis work consisted in deterrnining the values ofthese parameters and their anisotropy , by using two complementary techniques: Hall probe magnetometry and alternative specific heat. We thus established the H-T phase diagram of MgB2. By measuring the distribution of magnetic induction using a network of probes on a collection of samples of different size ratios, we highlighted the presence of geometrical barriers, delaying the entry. The temperature dependence of the anisotropy of Hc 1 and Hc2 and the magnetic field one of ξ and λ were established. They are due to the presence of two weakly coupled superconducting bands whose relative influence varies according to the position in H- T diagram. Lastly, we studied doped and irradiated samples. The Mg substitution by Al modifies the electronic density and thus the critical fields. On the other hand point disorder introduced by electron irradiation amplifies the bulk pinning of the vortices. It sharply increases the peak effect which could be related to an order-disorder transition.