Academic literature on the topic 'Supraconducteurs à hautes températures – Propriétés magnétiques'

Les "coated conductors" (CCs), ou films épais ReBCO déposés sur substrats métalliques flexibles, sont des matériaux au grand potentiel industriel mais encore peu connus du fait de leur émergence récente. Les applications à base de CCs créent des contraintes mécaniques inhérentes sur ces matériaux qui ne doivent pas détériorer leurs propriétés électriques. Ce travail de thèse a pour objectif d'évaluer l'influence de la contrainte mécanique sur les propriétés de transport et sur la morphologie des CCs. La corrélation entre les différentes techniques d'investigation que sont les mesures de courant critique de température critique, avec ou sans champ magnétique, l'imagerie magnéto-optique et/ou électronique apportent des informations précieuses. La synthèse des résultats obtenus nous a donné des indications technologiques sur ces échantillons fournis par l'industriel Theva-GmbH, mais nous ont amené également à une étude plus fondamentale de leurs propriétés de transport
Superconducting films on flexible substrates or "coated conductors" are the new materials with large industrial potential, but little known because oftheir recent development. The applications based on the coated conductors induce sorne mechanical stresses on the material, which may cause sorne degradations of electrical properties. This work aims to evaluate the mechanical stresses influence on transport properties and on morphology of coated conductors. Different techniques were used, like critical current and critical temperature measurements, high magnetic fields, magneto-optical imaging and scanning electron microscopy. The results obtained give us a technological information on these samples supplied by Theva-GmbH, but also brings us to a fundamental study oftheirs transport properties

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la physique des supraconducteurs à haute température critique et à leur diagramme de phase. Depuis leur découverte en 1986, ces matériaux ont suscité un fort engouement notamment à cause de leur température critique élevée. La phase supraconductrice, dans le diagramme de phase de ces matériaux, présente un dôme avec une température critique maximale qui délimite le côté sous dopé (à gauche) du coté sur dopé (à droite). Ce dôme est situé entre une phase isolante et une phase métallique (type liquide de Fermi). Afin de comprendre l'origine de la supraconductivité, il est important de bien caractériser la phase normale à partir de laquelle elle se développe. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux propriétés à basse température. Pour cela, des champs magnétiques intenses ont été nécessaires afin de détruire la supraconductivité et de restaurer l'état normal à basse température. Les oscillations quantiques ont été découvertes en 2007, dans ces matériaux, par des mesures de résistivité et d'aimantation sous champ magnétique intense et à basse température. La présence d'oscillations quantiques de faibles fréquences associées à des coefficients de Hall et Seebeck négatifs ont mis en évidence la présence d'une petite poche d'électrons dans la surface de Fermi couvrant seulement 1. 9% de la première zone de Brillouin (PZB) du côté sous dopé. Ceci est incompatible avec les calculs de structure de bandes. Ce résultat est en fort contraste avec les oscillations quantiques mesurées dans les cuprates sur-dopés qui correspondent à la large orbite de type trou prédite par les calculs de structure de bandes et qui occupe 65% de la PZB. La présence de cette petite poche d'électrons dans des composés sous-dopés en trous peut être expliquée par une reconstruction de la surface de Fermi. En effet, des mesures de RMN et de rayons X ont montré la présence d'une onde de densité de charge en compétition avec la supraconductivité. Pour étudier plus en détail cette reconstruction et la relation entre la surface de Fermi déduite des oscillations quantiques et l'ordre de charge, nous avons réalisé différentes séries de mesures à 70T dans une large gamme de dopage, de champs magnétiques et de températures pour des échantillons d'YBa2Cu3Oy. Nous avons également utilisé la pression hydrostatique pour induire un changement de dopage sur un même échantillon. Ces mesures ont révélé la présence d'une nouvelle série d'oscillations de plus faible fréquence que nous avons associé à une poche de trou. Ce résultat permet d'expliquer plusieurs propriétés de transport mesurées dans le composé YBa2Cu3Oy. En parallèle, nous avons également réalisé des mesures de transport dans des échantillons de HgBa2CuO4+?, considéré comme un matériau modèle de la famille des cuprates (absence de chaîne et structure monoplan). Nous avons réussi à observer des oscillations quantiques, similaires à celles observées dans YBa2Cu3Oy. Ceci a permis de démontrer l'universalité de ce phénomène dans les cuprates et de confirmer de manière indiscutable que les plans conducteurs sont le siège de la reconstruction de la surface de Fermi à l'origine de ces oscillations quantiques. Enfin, nous avons effectué différentes simulations de reconstruction de la surface de Fermi basées sur un ordre de charge bi-axial qui a récemment été mis en évidence par des mesures de RMN, de rayons X et de vitesse du son. Les surfaces de Fermi obtenues ont été comparées aux mesures expérimentales
In this thesis, we have studied in high temperature superconductors and their phase diagram. Since their discovery in 1986, these materials have generated great interest, especially because of their high critical temperature. In the generic phase diagram of these materials, the superconducting phase is a dome with a maximal critical temperature, which defines the under-doped side (left-side of the phase diagram) and the over-doped side (right-side of the phase diagram). The dome is located between an insulating phase and a metallic phase (Fermi-liquid like). In order to understand the origin of superconductivity, it is essential to characterize the normal phase from which superconductivity arises, in particular at low temperature. Therefore, high magnetic fields were needed to destroy superconductivity and restore the low temperature normal state. Quantum oscillations have been discovered in 2007 in these materials, thanks to resistivity and magnetization measurements under high magnetic fields and low temperature. Quantum oscillations and negative Hall and Seebeck coefficients have revealed the presence of a small electron pocket in the Fermi surface of the underdoped side, covering only 2% of the first Brillouin zone (FBZ). This is in disagreement with band-structure calculations. In contrast quantum oscillations in overdoped cuprates revealed the large hole-like orbit, covering 65% of the FBZ, as predicted by the band structure calculations. The presence of this small electron pocket in underdoped compounds can be explained by a Fermi surface reconstruction. Indeed, RMN and X-rays measurements have shown the presence of a charge density wave in competition with superconductivity. To study the relationship between the Fermi surface deduced from quantum oscillations and the charge order, we have followed the evolution of the oscillation frequencies as a function of doping. Therefore, we have performed different measurements on YBa2Cu3Oy in a wide range of doping, magnetic fields (up to 70T) and temperatures. We also used hydrostatic pressure to induce a change of doping on the same sample. These measurements have revealed the presence of a new series of oscillations with a lower frequency which has been associated to a holepocket. This result allows us to explain some of the transport properties measured in YBa2Cu3Oy compound. In addition, we have also performed transport measurements in HgBa2CuO4+? samples, considered as a textbook material of the cuprate family (monolayer structure and no CuO chain). We have succeeded to observe quantum oscillations similar to those observed in YBa2Cu3Oy. This demonstrates the universality of this phenomenon in cuprates and clearly demonstrates that reconstruction of the Fermi surface involves the quintessential CuO2 planes. Finally, we have performed various simulations of Fermi surface reconstruction based on a biaxial charge order recently discovered by NMR, X-ray and sound velocity measurements. The reconstructed Fermi surface has been compared with experimental measurements

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
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

La synthèse de cristaux supraconducteurs de Hg-1201 (Tc max-97K) en utilisant différents cations stabilisateurs de la couche mercure associée ou non à des recuits post-synthèse a permis d'obtenir des taux de dopage allant du régime sous-dopé à surdopé. L'influence de ce dopage et de l'anisotropie sur les lignes d'irréversibilité (LI) et de second pic dans le plan (champ-température) a été discutée par mesures d'aimantation et de transport. Des mesures de relaxation magnétique ont été effectuées au voisinage du second pic. Cette relaxation s'est avérée être de type plastique quel que soit l'état de dopage de notre phase, et ce, que les cristaux présentent ou non le phénomène du second pic. Ce dernier n'a pu être relié à une transition de phase du réseau de vortex entre les phases de Bragg glass et de vortex glass. Un saut d'aimantation dans la partie réversible des cycles d'aimantation isothermes et isochamps a été observé, saut que nous avons associé à une fusion ou à une sublimation du réseau de vortex. Par analyse des fluctuations critiques, les composés sous-dopés présentent un comportement bidimensionnel, alors que les ajustements 2D et 3D donnent des résultats équivalents pour le composé optimisé (étude magnétique). Pour un état de dopage donné (légèrement sous-dopé), un crossover dimensionnel a été mis en évidence, 3D près de la transition supraconductrice et 2D à plus haute température (étude de transport). Ces résultats sont discutés en considérant la paraconductivité et le pseudogap.

Le développement de nouveaux matériaux supraconducteurs et la mise au point de processus de fabrication de câbles comme les films YBaCuO, permettent d'envisager de nouvelles application ou d'en améliorer les performances. Pour l'étude des applications industrielles, il est nécessaire de connaitre les caractéristiques électromagnétiques de ces nouveaux matériaux. Pour tous les supraconducteurs, la difficulté réside dans la reconstitution de la loi électrique locale E(J), à partir des mesures. Cette thèse consiste donc à la mise au point d'outils théoriques et expérimentaux permettant la caractérisation des matériaux supraconducteurs à haute température critique. Les travaux ont principalement été menés sur deux méthodes : _la méthode MB, qui consiste à effectuer des mesures sur une bobine puis d'extraire les propriétés du ruban supraconducteur. _le field mapping, qui repose sur la mesure d'une cartographie de l'induction magnétique. Ces méthodes ont été testée et validée tant au niveau expérimental que théorique.

Ce travail concerne l'etude de l'influence du deficit en oxygene et de la nature de la terre rare sur la temperature de transition supraconductrice et le champ magnetique critique, dans le compose (tr)ba#2cu#3o#7##x, (tr=gd, dy, y). Il a ete constate une decroissance lineaire du champ critique par augmentation de la concentration des lacunes d'oxygene. Il se produit aussi un abaissement du champ critique en remplacant gd par dy puis dy par y. La teneur en oxygene agit sur la valence mixte du cuivre produisant ainsi une dimunution de la densite d'etat au niveau de fermi. Sur les souches minces yba#2cu#3o#7##x, l'etude du champ critique pour les deux orientations parallele et perpendiculaire aux plans cuivre-oxygene conduit a un rapport d'anisotropie de l'ordre de 15. Dans ces deux orientations, la longueur de coherence est estimee a 7a et 27a respectivement

Les composés supraconducteurs à base de bismuth font actuellement l'objet de nombreuses études et sont les mieux pressentis pour contribuer au développement industriel des supraconducteurs à hautes températures critique (shtc). Pourtant, au contraire d'autres systèmes dont la synthèse est moins aisée tels l'ybacuo ou le tlbacuo, la forte anisotropie des composés à base de bismuth affaiblit considérablement leurs performances sous champs magnétiques. Le courant critique chute en effet drastiquement, principalement dans le régime des bas champs. De nombreux travaux ont été menés afin de pallier à cela, dont le but principal est l'introduction de sites susceptibles d'ancrer les vortex, responsables de la dissipation d'énergie : introduction de défauts principalement par irradiation ou par ajout de particules non-supraconductrices. Une méthode originale de synthèse développée au laboratoire, alternant dépôts électrolytiques et traitements thermiques permet d'obtenir des rubans polycristallins de bi 2212. La décroissance du courant critique sous champs magnétique est significative : elle baisse d'un facteur 5 pour un champs magnétique de 7t parallèle a l'axe c. Par ajout de particules d'ag de mgo et de zro#2, Nous avons tenté d'introduire des centres d'ancrage efficaces dans la matrice supraconductrice. Dans certains cas, ceux-ci ont aussi un rôle sur la connectivité intergranulaire de nos polycristaux. Par l'étude de l'aimantation et du comportement en transport des échantillons dopes nous avons pu mettre en lumière certaines potentialités dans ce domaine

Afin de caractériser les supraconducteurs haute température critique 2D BiSrCaCuO 2212 (fondus par zone) et 3D YBaCuO 123 (frittés, monocristaux, texturés sous champ magnétique), une étude comparative a été effectuée à travers deux lignes, l'une dite irréversible (IL) et l'autre dite critique (CL), dans les diagrammes de phase magnétique (hac, T). Dans le plan hac-T, hcl (T) ou CL suit une loi de puissance variable suivant la morphologie. Dans les plans dynamique hac-T et statique Hdc-T, on observe pour IL des variations identiques, fonction de trois critères : (1) structure cristallographique, (2) morphologie couplée au procédé de fabrication, et (3) technique d'analyse. Toutes les lignes I. L dans le plan hac-T peuvent se superposer sur une courbe dite universelle avec comme paramètre d'ajustement un champ critique dynamique (hc*). Toutes les morphologies peuvent être caractérisées par hc*, dont la valeur peut être corrélée à la proportion de composante intergranulaire à fort couplage. A partir de IL, un coefficient d'anisotropie A permet de comparer l'anisotropie des propriétés magnétiques dans les plans hac-T et Hdc-T. L'étude sur les composés à base de bismuth a permis de mettre en évidence le comportement 2D : CL de hac-T a une loi exponentielle décroissante à basses températures identique à IL de Hdc-T ; d'autre part, l'ajustement de IL dans le plan hac-T sur la courbe universelle est difficilement réalisé

Ce travail est focalise sur les oxydes supraconducteurs a haute temperature critique. La premiere partie est relative a la synthese d'une phase cocktail (ln)ba#2cu#3o#6#+#x ou (ln) represente un melange equimolaire de cinq elements de terres rares. Des monocristaux ont ete obtenus. Il est montre a l'aide de differentes techniques qu'une bonne distribution statistique des terres rares est realisee indiquant que le melange se comporte comme une pseudo terre rare. L'etude de l'evolution de la temperature critique en fonction du rayon ionique de la terre rare montre que celle-ci peut etre modulee en choisissant un cocktail approprie et qu'il est possible d'obtenir des phases supraconductrices, au-dessus de la temperature de l'azote liquide, contenant des taux eleves de lanthane. La seconde partie est consacree a la substitution d'elements de terres rares au calcium dans la phase bi#2sr#2cacu#2o#8#+#x. Il est montre que le lanthane se substitue preferentiellement dans le site du strontium alors que l'erbium et l'ytterbium occupent le site du calcium. L'etude de la variation de t#c en fonction du taux de substitution y, dans le systeme bi#2sr#2ca#1##yybycu#2o#8#+#x#+#y#/#2, montre que lorsque y est superieur a 0,5 les phases sont semiconductrices. L'utilisation de l'oxyde d'etain (sno) en tant qu'agent de cristallisation a permis d'obtenir des monocristaux de stchiometrie controlee. Les determinations structurales de deux des phases du systeme (ca, yb) montrent les modifications suivantes: decroissance de la longueur d'onde de la modulation, reorientation des paires electroniques non liees des atomes de bismuth, insertion d'atomes d'oxygene supplementaires entre les couches d'atomes de bismuth