Étude d’un cuprate supraconducteur par des mesures de spectroscopie Raman et de transport thermique

Les cuprates supraconducteurs présentent un diagramme de phase complexe, allant d'un isolant de Mott antiferromagnétique (AFM) à dopage nul à un état de liquide de Fermi à fort dopage en porteurs. Entre ces deux extrêmes la supraconductivité apparait. Au-dessus de la température critique Tc, un état mystérieux connu sous le nom de phase pseudogap émerge. Mon projet comprend deux parties: la première est l'étude du cuprate Bi-2212 par spectroscopie Raman à l'Université Paris Cité et la seconde l'étude de ce même composé par transport thermique à l'Université de Sherbrooke. La première partie consiste à suivre la transition d'un isolant de Mott antiferromagnétique (AFM) à un métal supraconducteur (SC) dans le Bi-2212 en utilisant la spectroscopie Raman. Nous avons observé l'évolution, en fonction du dopage, des excitations de singulets de spin (SSE) relatives à l'état isolant AFM, des excitations des quasi-particules associées à l'état métallique et des excitations des quasi-particules de Bogoliubov de l'état supraconducteur (SC). La signature de la phase pseudogap apparaît comme une phase où les porteurs de charge ont une mobilité réduite due à la réminiscence de l'ordre AFM de l`état isolant. Nous avons découvert que l'échelle d'énergie du pseudogap Δpg(p) suit celle des excitations de spin Δsse(p) avec le dopage p. Nous avons établi, sur une large gamme de dopage, une relation entre l'énergie du gap supraconducteur Δsc(p) et la transition supraconductrice Tc(p) telle que Δsc(p) proportionnel à (Jeff Δsse(p)), suggérant un rôle clé des corrélations antiferromagnétiques AFM dans la supraconductivité. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avons mesuré la conductivité thermique de Hall κ xy, du cuprate Bi-2212 dans les régimes sous-dopé, dopage optimal et surdopé. Nous avons observé une nette augmentation de κ xy en dessous de la température critique Tc. Cette augmentation est due à la suppression de la diffusion électron-électron lorsque les électrons forment des paires de Cooper, entraînant ainsi une augmentation du libre parcours moyen électronique. En utilisant un modèle simple précédemment introduit pour le cuprate YBCO, nous avons estimé le taux de diffusion 1/ Ts des quasi-particules d -wave en dessous de Tc. Nos observations révèlent que l'amplitude de 1/ Ts dans la limite élastique à T ~ 0 K dans nos échantillons est environ un ordre de grandeur plus élevée que les valeurs de 1/ tau_s trouvées dans des échantillons propres de YBCO, indiquant que Bi-2212 est beaucoup plus désordonné. De plus, nous avons constaté que 1/ Ts augmente avec T2, contrairement à la dépendance théorique en T3 attendue pour un supraconducteur d -wave propre.

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