« Un gap peut en cacher un autre » Une exploration de la phase supraconductrice des cuprates par...

« Un gap peut en cacher un autre »

Une exploration de la phase supraconductrice des cuprates par sonde Raman électronique

Mathieu Le Tacon -

Travail de thèse effectué sous la direction d’Alain Sacuto - Matériaux et Phénomènes Quantiques -

au Laboratoire de Physique du Solide - ESPCI

Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Le phénomène de Supraconduction : 1911 (K. Onnes)

Température (K)

Rési

stan

ce (

)H

T > TcT < Tc

Annulation de la résistance électrique

Diamagnétisme parfait (1933, Meissner-Ochsenfled )

1

TC


Le phénomène de Supraconduction : 1911 (K. Onnes)

2


1957 : La théorie BCS (J. Bardeen, L. Cooper et R. Schrieffer)Supraconducteur : Nouvel état fondamental de la matière

Etat lié : appariement des électrons(paires de Cooper)

Prédiction clé : Existence d’un gap Tc dans les excitations électroniques

Mesures spectroscopiques(Giaver, PR 1960)

dI/dV

~ n

(E)

E (meV)

Surface de Fermi

Interaction attractive+

3

T(K)Mesures thermodynamiques

(Philipps, PR 1959)

C (

mJ/m

ol deg)

Cv / e¡ ¢ (0)k B T


1957 : La théorie BCS (J. Bardeen, L. Cooper et R. Schrieffer)

: énergie gagnée par électron lors de la condensation supraconductrice

Energie à fournir pour briser une paire de Cooper : 2

3Mesures spectroscopiques

(Giaver, PR 1960)

dI/dV

~ n

(E)

E (meV)T(K)Mesures thermodynamiques

(Philipps, PR 1959)

C (

mJ/m

ol deg)

Cv / e¡ ¢ (0)k B T

Quelques propriétés des cuprates supraconducteurs

Plan de l’exposé

Effet des impuretésGap supraconducteur et pseudogap

Influence du dopage sur la dynamique des quasiparticules dans l’état supraconducteur

Nécessité de 2 échelles d’énergie pour décrire l’évolution du gap dans l’état supraconducteur des cuprates


Notre sonde : la diffusion Raman électroniquePrincipes

Dispositif expérimental

4








4

Plan de l’exposé

Cuprates – Généralités


Empilements de plans CuO2

Modification de la densité de porteurs de charge au sein des plans CuO2

=DOPAGE

• Insertions (ex. O dans YBa2Cu3O6+x)• Substitutions cationiques (La2+/Sr3+ dans La2-xSrxCuO4)

Famille nombreuse : YBa2Cu3O6+x, Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+x (n =1,2 ou 3), La2-xSrxCuO4, etc….

Plans réservoirs de charge

Cu O

5

SupraconducteurGap de symétrie d

TC

Diagrame de phase des Cuprates “dopés trous”

TN

Isolantde

Mott

Sous dopé Sur dopé

Dopage en trous des plans CuO2

Tem

péra

ture

Optimalement dopé

Basse dimensionnalité


Physique des électrons fortement corrélés+

06

Tc record : 135 K HgBa2Ca2Cu3O8+

(165 K sous pression)

SupraconducteurGap de symetrie d

TC


TN

Isolantde

Mott

« Métal » étrange



Tem

péra

ture

Optimalement dopé



TC

0

• Transport «marginal» : violation de Wiedemann-Franz, ab T

• «Quasiparticules» très amorties

6


TC


TN

Isolantde

Mott

Sous dopé

T*


Tem

péra

ture

PseudoGap


0

• «Gel» d’une partie des excitations de basse énergie

• Renforcement des fluctuations magnétiques


Sur dopéOptimalement dopé

6


TC


TN

Isolantde

Mott

Sous dopé

T*


Tem

péra

ture

Métal un peu moins étrange

(Normal ?)

Tx

?Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

0

• Disparition des fluctuations magnétiques

• Propriétés de transport « plus conventionnelles »


Sur dopéOptimalement dopé

PseudoGap

6


TC


TN

Isolantde

Mott


T*


Tem

péra

ture

Optimalement dopé

Tx


0

But de ce travail : exploration de la phase supraconductrice

2- Utiliser des impuretés (au dopage optimal, YBa2Cu3O7-= Y-123)

1- Faire varier le dopage (HgBa2CuO4+= Hg-1201, Tcmax=95K)

TC p = 0.18

p = 0.09

6


TN

Isolantde

Mott


T*


Tem

péra

ture

Optimalement dopé

Tx


0

TC

2- Utiliser des impuretés (au dopage optimal, YBa2Cu3O7-= Y-123)

1- Faire varier le dopage (HgBa2CuO4+, Hg-1201, Tcmax=95K)

6

But de ce travail : exploration de la phase supraconductrice








Plan de l’exposé

Notre moyen d’investigation :La diffusion inélastique de la lumière (1928)

Vibrations du réseau (phonons)

Excitations magnétiques (magnons : J)

Excitations électroniques (polarons, plasmons, gap)

0 1000 2000 30000

10

'' (

arb

. u

nits

)

Raman Shift (cm-1)

T=50K

// b

PrBa2Cu

4O

8

double magnons q=q=

phonons (q=0)

electronic continuum

double phonons

Sir C.V. Raman (1888-1970)Prix Nobel 1930

Diffusion Rayleigh (élastique) à = 0

cm-1

~106-8 plus intense que la diffusion

Raman !

!


7

EI+ħ

EI

ES=EI+ħ

paire e- / trou

EF

)('',1 TnI

La diffusion Raman électronique

: fonction réponse d’un «pseudo-opérateur densité »

Photon incident

Photon diffusé

q = moment transferé au système = kS – kI (~ 107 m-1) << 2/a, kF (~ 1010 m-1)

~ I ;~kI ;~eI

~ S = ~ I ¡ ~! ;~kS = ~kI ¡ ~q;~es


8

Sonder la dynamique des charges dans différentes régions de l’espace réciproque

,,

,

/1

1

,,~,0~~kk

kSI

Ti cceekTedi

Vertex Raman : dépend de la polarisation des photons incidents et diffusés

eI eS

|B1g|

B1g

ky

kx

/a/a/a

/a


eI

eS

|B2g|

B2g

ky

kx

/a/a

/a

eIeS

|A1g|

A1g

ky

kx

/a/a

/a9

10

LASER

Doigt froid

G1 G2 G3

s1

s2 s3

Elargissement du faisceau

Polariseur (eI)

Analyseur (eS)

Le Dispositif Expérimental

10mm

Rotation des axes du cristal par rapport à la polarisation de la lumière Suppression de la diffusion Rayleigh Mesure de l’intensité de la lumière diffusée en fonction du déplacement Raman

CCD


LASER

Monochromateur à prisme

L1

L2

D1

D2

CCDCryostat L4

L3

LASER

Monochromateur à Prisme

Téléscope

cryostat

Détecteur (CCD)

périscope

Le Dispositif Experimental… en vrai


Écran de contrôle

11

¢ (~k) = ¢ 0

Gap de symétrie s

0 1 2 3 4 5

B2g

" (

arb.

uni

ts)

Réponse Raman théorique pour un supraconducteur


ky

kx

/a/a/a

/a

T.P.Devereaux, D. Einzel (95)

M.V.Klein, S.B.Dierker (84)G(~k;i! n) =ie! n¿0 + e»~k¿3 + e¢~k¿1

(ie! n)2 ¡ e»2~k

¡ e¢ 2~k

Â00B 1g( 2g)

(! ) = ¡ TI mX

~k;! n

°2B 1g(2g)

(~k)Tr£¿3G(~k; i! n)¿3G(~k; i! n¡ i m)

¤ji m ! ! +i0+

Â00B 1g(2g)

(! ) '2¼NF

!Re

*°2

B 1g(2g)(~k)¢ (~k)2

q! 2 ¡ 4¢ (~k)2

+

F S

0 1 2 3 4 5

B1g

B2g

" (

arb.

uni

ts)

12

-+

Réponse Raman théorique pour un supraconducteur

ky

kx

/a/a/a

/a

Â00B 1g(2g)

(! ) '2¼NF

!Re

*°2

B 1g(2g)(~k)¢ (~k)2

q! 2 ¡ 4¢ (~k)2

+

F S

¢ (~k) = ¢ 0cos(2Á)

Gap de symétrie d

13

0 1 2 3 4 5

B1g

B1g

20

" (

arb

. un

its)

0 1 2 3 4 5

B1g

B2g

B1g

20

" (

arb

. un

its)

B2g

Régions NodalesRégions Anti-nodales


0 200 400 600 800 1000

"(

) (a

rb. u

nits

)

Déplacement Raman (cm-1)0 200 400 600 800 1000

"(

) (a

rb. u

nits

)

Déplacement Raman (cm-1)

YBa2Cu3O7- HgBa2CuO4+

B2g

B1g

T (~100 K) > Tc

Réponses nodales et anti-nodalesdes cuprates optimalement dopés


14

0 200 400 600 800 1000

"(

) (a

rb. u

nits

)

Déplacement Raman (cm-1)0 200 400 600 800 1000

"(

) (a

rb. u

nits

)



B2g

B1g

T (~100 K) > Tc

T (~10 K) << Tc



15

0 200 400 600 800 1000

"()

(ar

b. u

nits

)

Déplacement Raman (cm -1)0 200 400 600 800 1000

"()

(ar

b. u

nits

)


B2g

B1g

’’() = ’’(, 10 K) - ’’(, 100 K)



B1g

B2g

B1g

B2g


16

*STM 20 8.7 kBTc et ARPES: 8.5 kBTc

Raman : X. K. Chen (92), L.V. Gasparov (97),M. Kang (96), T.Staufer (92), O. V. Misochko (99), S. L. Cooper (88), A. Sacuto (00), Y.Gallais (03)

Cuprate Y-123 Bi-2212 La-214 Tl-2201 Hg-1201

Hg-1223

TC 92 K 90 K 37 K 90 K 95 K 130 K

EB1g/kBTC 8.4 8.1* 7 7.5 7.9 8.9

EB2g/kBTC 7 7.2 5 6.4 7.5 5

B1g, B2g et 20 dans les cuprates optimalement dopés


0 1 2 3 4 5

B1g

20

" (

arb.

uni

ts)

B2g

Remarque : 20 >> 2BCS = 4.28 kBTc

Compatible avec la symétrie d1 échelle d’énergie contrôle la dynamique

des quasiparticules dans l’état supraconducteur :0

! B 1g´ 2¢ 0 & ! B 2g

17








Plan de l’exposé


TC


TN

Isolantde

Mott


Tem

péra

ture


0

TCTc = 92 Kp = 0.18

Tc = 63Kp = 0.09

O(3)

O(1)

HgOBaCu

O(2)

HgBa2CuO4+ = Hg-1201Tc

max=95KDorothée Colson, SPEC (Saclay)

18

Evolution de la réponse anti-nodale avec le dopage

0 200 400 600 800 1000

Hg95K

Hg78K

Hg89K

Hg92K


"(

) (a

rb. u

nits

)

Hg92K T << Tc

T > Tc

Sous-dopéTc = 78 K

Opt.-dopéTc = 95 K

B1g

Sur-dopéTc = 92 K

Hg-1201

Perte très rapide de la

réponse Anti-nodale


19

sous-dopé

Isolant AF

optimalement

dopé

sur-dopé

Sugai et al., PRB 2003Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

sous-dopé

Isolant AF

Optimalement

dopé

Evolution de la réponse anti-nodale avec le dopage

20

EI+ħ

EI

ES=EI+ħ

Paire e-/ trou

EF

La diffusion Raman : effets de résonance

Lorsque ħI

~Transition interbande

Exaltation de la section efficace Raman !


Hg-1201

Barbiellini et Jarlborg, PRB 199421

0 200 400 600 800

I = 647,1 nm

(1.9 eV)

I = 568 nm (2.2eV)

I = 514,52 nm (2.4 eV)

I = 488 nm (2.6eV)

"(

) (a

rb. u

nits

)


B1g

Effets de résonance dans Hg-1201

• Pas de dépendance de l’énergie du pic avec

• Disparition des phonons aux grandes longueurs d’onde

• Forte augmentation de la renormalisation à 647.1 nm !!!


22 Le Tacon et al., PRB 2005

Sous-dopéTc = 63 K

Sur-dopéTc = 92 KOpt.-dopéTc = 95 K

Evolution des réponses nodales et anti-nodales avec le dopage


0 200 400 600 800 0 200 400 600 800

Opt.95 K

Raman Shift (cm-1)

Und.86 K

Und.89 K

Und.63 K

T << Tc

T > Tc

Ov.92 K

T << Tc

T > Tc

Ov.92 K

Opt.95 K

Und.86 K

Und.89 K

Und.78 K

"(

) (a

rb.

un

its)

Und.63 K

Und.78 K

B1g

= 647.1 nm

B2g

= 514.52 nm

23

Sous-dopéTc = 63 K

Sur-dopéTc = 92 KOpt.-dopéTc = 95 K

B1g

= 647.1 nm

B2g

= 514.52 nm

Evolution des réponses nodales et anti-nodales avec le dopage


0 200 400 600 800 0 200 400 600 800

Opt.95 K

Raman Shift (cm-1)

Und.86 K

Und.89 K

Und.63 K

Ov.92 K

T << Tc

T > Tc

Ov.92 K

Opt.95 K

Und.86 K

Und.89 K

Und.78 K

"()

(a

rb.

un

its)

Und.63 K

Und.78 K

23

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,250

5

10

15

Raman B1g

B2g

Hg-1201 T<<T

c

AN,

N /k

BT

cmax

Dopage p

N Tc/Tcmax

= 1 - 82.6 (p - 0.16)2

Noeuds

AntiNoeuds

2 échelles d’énergie dans l’état supraconducteur des cuprates sous dopés


24

N Tc/Tcmax

= 1 - 82.6 (p - 0.16)2

Noeuds

AntiNoeuds



0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,250

5

10

15

Raman B1g

B2g

Hg-1201 Bi-2212

Y-123

LSCO 2 ARPES Tunneling

T<<Tc

AN,

N /k

BT

cmax

Dopage p

Données des groupes de R. Hackl et S. Sugai

24

N Tc/Tcmax

= 1 - 82.6 (p - 0.16)2

Noeuds

AntiNoeuds



0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,250

5

10

15

Raman B1g

B2g

Hg-1201 Bi-2212

Y-123


T<<Tc

AN,

N /k

BT

cmax

Dopage p

STM

Jonctions brisées

Renner et al., PRL 98Miyakawa et al., PRL 98Zasadzinski et al., PRL 01, etc…

Surdopé

Sousdopé

Surdopé

Sousdopé

24

Noeuds

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,250

5

10

15

Raman B1g

B2g

Hg-1201 Bi-2212

Y-123


T<<Tc

AN,

N /k

BT

cmax

Dopage p

N Tc/Tcmax

= 1 - 82.6 (p - 0.16)2

AntiNoeuds



Campuzano et al., PRL99Ding et al., PRL01…

ARPES

24

N Tc/Tcmax

= 1 - 82.6 (p - 0.16)2

Noeuds

AntiNoeuds



Bonne correspondanceRaman, ARPES et tunnel aux anti-noeuds

m augmenteet

l’amplitude du pic de cohérence diminuequand p diminue

BILAN

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,250

5

10

15

Raman B1g

B2g

Hg-1201 Bi-2212

Y-123


T<<Tc

AN,

N /k

BT

cmax

Dopage p

L’énergie caractéristique N de la réponse nodale suit Tc

1 échelle d’énergie

2 échelles d’énergie

24 Le Tacon et al., Nature Physics 2006

k

k

2cos0

0 1 2 3 4 5

" (

arb

. un

its)

0 1 2 3 4 5

" (

arb

. un

its)

FS

NANFNAN

N22

2

,,

4

2

k

kk

Description BCS de la phase supraconductrice

0

1

2

0

avec


25

k

k

2cosm

0 1 2 3 4 5

" (

arb

. un

its)

0 1 2 3 4 5

" (

arb

. un

its)

FS

NANFNAN

N22

2

,,

4

2

k

kk

0

1

2

0

avec



25

k

k

2cosm

0 1 2 3 4 5

" (

arb

. un

its)

FS

NANFNAN

N22

2

,,

4

2

k

kk

0

1

2

0

avec

0 1 2 3 4 5

" (

arb

. un

its)



25

k

k

2cosm

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

FS

NANFNAN

N22

2

,,

4

2

k

kk

0

1

2

0

avec

v

N NFN 2

022

md

dv

2

4,



25

2 hypothèses à revoir :

- Quasiparticules BCS sans interactions

- Simple forme cos(2) pour le gap


26





Mesot et al. PRL 1999Borisenko et al. PRB 2002

ARPES dans Bi-2212

McElroy et al., Nature 2003

FT-STM (Bi-2212)



0

1

2

0

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

kk

k

6cos12cos BBm



27

0

1

2

0

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

kk

k

6cos12cos BBm





27

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

kk

k

6cos12cos BBm

Le B1g ne perd pas son intensitésuffisamment rapidement

Le B2g s’élargit mais ne se déplacepas vraiment

INSUFFISANT !

Bilan :





27

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

kk

k

6cos12cos BBm

Le B1g ne perd pas son intensitésuffisamment rapidement

Le B2g s’élargit mais ne se déplacepas vraiment

INSUFFISANT !

Bilan :





Réponse Raman d’un supraconducteurQuasiparticules en interaction

Corrections de vertex : (k)Renormalisation des interactions entre QP par les processusincohérents.

FS

NANFNAN

ZN22

2

,

2

,

4

2

k

kkk

Interactions

Z

A(k,)

k

A(k,) Quasiparticule Z(k)

ExcitationsIncohérentes1-Z(k)

k+’


A. Georges et G. Kotliar

Dans notre approche : Z(k) = paramètre phénoménologique28


Réponse nodale (B2g) à basse énergie :

v

ZN NFNN

222

20

0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.200.0

0.5

1.0

1.5

2.0 Hg-1201

/ o

pt

Dopage p

Raman: Hg-1201Bi-2212 , ,Y-123 ,

Raman:

est indépendant du dopage dans la région p ~ 0.1 – 0.2 Diminution de (Z29Diminution de v avec le sous-dopage

Poids spectral, dopage et Raman

Procédure de normalisation des spectres :

(A. Georges et G. Kotliar)

dans isolant de Mott dopé réponse B2g dopage p

cf. Bi-2212 Opel et al., PRB 2000 Y-123 Hackl et al., M2S 2006

R 0

Â00N (! )! d! / p

Anisotropie de la diminution de Z


Ca2-xNaxCuO2Cl2Shen et al., Science 2005

Sous dopage

30

Théoriquement :Différentiation entre quasiparticules nodales et anti-nodales

à l’approche de la transition métal-isolant(Modèle de Hubbard sur réseau carré)

cluster pertubation theory (Sénéchal et Tremblay, PRL 04)cluster DMFT (Civelli et al., PRL 05)

Functional renormalization group (Katanin et Kampf, PRL 04)etc….

Ingrédients pour une description phénoménologique du sous-dopage dans

les cuprates


1Évolution de la forme du gap :

Diminution anisotrope du poids spectral des quasiparticules

2

augmente lorsque p diminue¢ m

diminue lorsque p diminuev¢

31

0

1

2

0

0

0 1 2 3 4 5

" (

arb

. un

its)

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

kk

k

6cos12cos BBm k 2cos1 CvZ

Description phénoménologique du sous-dopage


32

- Disparition du B1g avec le sous-dopage

- Comportement opposé des réponses nodales et anti-nodales avec le sous-dopage

L’essentiel de nos observations expérimentales est

capturé par ce modèle très simple :

- Pente constante du B2g à basse énergie



0 1 2 3 4 5

" (

arb

. un

its)

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

32

- Pente constante du B2g à basse énergie



0 1 2 3 4 5

" (

arb

. un

its)

0 1 2 3 4 5

" (

arb.

uni

ts)

Bonn et al., 96Panagopoulos et al., 98Durst et Lee PRB 2000

Cohérent avec la dépendance en T de la densité superfluide

2

teN cv

Z

où½S (T) = ½S (0) ¡ ¯T + ¢¢¢

32








Plan de l’exposé

TN

Isolantde

Mott


Tem

péra

ture


0

TC

Effet des impuretés

O(4)

O(2,3)

O(1)

BaYOCu

YBa2(Cu1-xMx)3O7-

TcMax = 93 K

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-1.0

-0.5

0.0

H= 20 Oe

Susc

epti

bilit

y (a

.u.)

Temperature (K)

x = 0 % x = 1 % x = 3 %

YBa2(Cu

1-xNi

x)3O

7-

M = Ni

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-1,0

-0,5

0,0

Susc

epti

bilit

y (u

.a.)

Temperature (K)

x = 0 % x = 0.3 % x = 0,7 % x = 1,5 % x = 2 %

YBa2(Cu

1-xZn

x)3O

7-

H= 10 Oe

M = Zn

(Dorothée Colson)

33

B1g

0 200 400 600 800

S

"()

, N"()

(a

rb. u

nits

)


0 200 400 600 800

S"()

, N"()

(ar

b. u

nits

)


… non-magnétiques (Zn)

… magnétiques(Ni)

Tc = 92.5 K(YBCO pur)

Tc = 87 K(YBCO + Ni 1%)

Tc = 78 K(YBCO + Ni 3%)


Tc = 87.5 K(YBCO + Zn 0.3%)

Tc = 83 K(YBCO +Zn 0.7%)

Tc = 73 K(YBCO + Zn 1.5%)

Tc = 64 K(YBCO + Zn 2%)



34

200 400 600 800

"()

(a

rb. u

nits

)


200 400 600 800

"()

(a

rb.

un

its)


B1g

… non-magnétiques (Zn)

… magnétiques(Ni)


Tc = 87 K(YBCO + Ni 1%)

Tc = 78 K(YBCO + Ni 3%)


Tc = 87.5 K(YBCO + Zn 0.3%)

Tc = 83 K(YBCO +Zn 0.7%)

Tc = 73 K(YBCO + Zn 1.5%)

Tc = 64 K(YBCO + Zn 2%)

Effets qualitativement similaires pour les 2 types d’impuretés• Diminution de l’intensité de la réponse

• Pas de déplacement de B1g



34

T= 100 K T = 15 K

B2g

T= 100 K T = 15 K

0 200 400 600 800 1000

YBa2(Cu

1-yZn

y)

3O

7-

Tc = 83 K (y = 0,7%)

T= 100 K T = 10 K


YBa2Cu

3O

7-

Tc = 92,5 K

YBa2(Cu

1-yNi

y)

3O

7-

Tc = 87 K (y = 1%)

S"()

, N

"()

,

"()

(a

rb.

un

its)

0 200 400 600 800

B2g

Disparition totale de la réponse supraconductrice !!!

Pas d’impuretés

Impuretés magnétique

s

Impuretés non-

magnétiques



35

Vobornik et al., PRL 99

Terashima et al., JPCS 06

Le point de vue de l’ARPES

Irradiation électronique( Zn)

1 Impuretés2


36

Bilan Impuretés• Diminution de Tc

• Disparition de la réponse nodale• Perte d’intensité de la réponse antinodale• Pas de déplacement du pic antinodal


37

AN : Difficilement compatible avec un gap supraconducteur

Supraconducteurd-wave « propre »

Supraconducteurd-wave + impuretés

Haas et al, PRB 97

Rappel des principaux résultats présentés :

N Tc/Tcmax

= 1 - 82.6 (p - 0.16)2

Pas de lien direct entre B1g (« 20 ») et Tc

• cas du dopage• cas des impuretés

gap supraconducteur ??

0.05 0.10 0.15 0.20 0.250

5

10

15

0

50

100

150

200

250

T<<Tc

AN,

N /k

BT

cmax

Dopage p

T*


en revanche

En fonction du dopage :

! B 2g´ ! N / Tc

Meilleur candidat

38

0.05 0.10 0.15 0.20 0.250

5

10

15

0

50

100

150

200

250

T<<Tc

AN,

N /k

BT

cmax

Dopage p

T*

N Tc/Tcmax

= 1 - 82.6 (p - 0.16)2

Kaminski, PRL 2003Campuzano, Cond-mat/0209476

0.05 0.10 0.15 0.20 0.250

5

10

15

0

50

100

150

200

250

T<<Tc

AN,

N /k

BT

cmax

Dopage p

T*


Signature du pseudogap dans l’état supraconducteur ?

• Effet des impuretés ???

• Dopage : ! A N ´ ! B 1g/ T¤

Gap partiel sur la surface de Fermi

S’ouvre à T* > Tc

Vraie nature de la réponse anti-nodale ?

abc

Norman et al., Nature 1998T* insensible aux impuretés ! (Alloul PRL91, Mahajan PRL 94, Yamamoto PRB 02)

39

0

1

2

0

2 gaps distincts vus dans l’état supraconducteur des cuprates


0

1

2

00

1

2

00

1

2

0

Favorise les scenarii« ordres en compétitions

»

• Ordre de charge ? (Hoffman, Science 2002)

• Boucles de courants ? (Fauqué, PRL 2006)

Réponse anti-nodale T* : signature du pseudogap

Réponse nodale Tc : signature du gap supraconducteur

Evolutions indépendantes avec le dopage

40

Conclusions : Différence entre les quasiparticules nodales et

antinodales :

Perte de cohérence très anisotrope des quasiparticules supraconductrices dans la phase sous-dopée

Deux dynamiques de charges contrôlées par deux échelles d’énergies distinctes dans la phase supraconductrice des

cuprates sous dopésAN : signature du pseudogap T*

1

2

N : signature du gap supra Tc


Mesures de longueur de pénétration, d’ARPESApproches théoriques modernes de la transition Métal-Isolant à 2D

Dopage

Impuretés

Quelques perspectives : • Exploration du régime surdopé• Utilisation d’impuretés à différents dopages• Diffusion Raman sous champ magnétique• Tests sur la nature de la phase pseudogap (mesures A2g ??)


Remerciements :

Dorothée Colson, Anne Forget

Nicole Bontemps, Philippe Monod, Ricardo Lobo, Maximilien Cazayous, Andrés Santander-Syro, Arlette Trokiner, Yann Gallais et l’ensemble du laboratoire de Physique du Solide (avec une pensée spéciale pour le thésarium !!!!)

Les membres du laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques

Les membres du laboratoire de Physique Quantique

Antoine Georges et Gaby Kotliar

Eugène Sherman

L’équipe « Nouveaux états électroniques : RMN, MuSR et photoémission » (LPS Orsay)

Ma femme et ma famille !

… et bien d’autres que j’oublie certainement !!!

« Un gap peut en cacher un autre » Une exploration de la phase supraconductrice des cuprates par...

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