Probe high-Tc Superconductors by neutron scattering

Etude des supraconducteurs à haute température critique par diffusion des neutrons

Benoît Fauqué (1)

1 LLB - UMR 12 - Laboratoire Léon Brillouin

Just over twenty years after the discovery of high temperature superconducting compounds (HTSC), the physics of these compounds remains unexplained. This thesis focuses on two of the many issues that have arisen concerning these compounds: the magnetic excitations spectrum in the superconducting phase of Bi2Sr2CaCu2O8+x (Bi-2212) and the nature of the pseudogap phase. Elastic and inelastic neutron scattering techniques are very appropriate tools to investigate these issues. Although Bi-2212 is the reference compound for charge spectroscopy techniques (STM, ARPES), it has been little studied using inelastic neutron scattering. Our study shows the existence of two spin modes with a dispersion that is compatible with that measured in YBa2Cu3O6+x. This study reveals the link between the energy of the magnetic excitations and the spatial distribution of the gap observed by STM. We studied the normal phase (also called pseudogap phase) of HTSC, which presents strong differences to the Fermi liquid theory. Following various theoretical approaches, we report a non-trivial magnetic order in the pseudogap phase of YBa2Cu3O6+x. The study of La2-xSrxCuO4 shows a magnetic response too, although that response is different from the one observed in YBa2Cu3O6+x.

Un peu plus de 20 ans après la découverte des supraconducteurs à haute température critique (SHTC), la physique de ces composés reste une énigme. Nous nous sommes intéressés à deux des nombreuses questions soulevées par ces composés : le spectre d'excitations magnétiques dans la phase supraconductrice du composé Bi2Sr2CaCu2O8+x (Bi-2212) et la nature de la phase de pseudogap. Les techniques de diffusion élastique et inélastique de neutrons sont des outils de choix pour cette étude. Bien que Bi-2212 soit le composé de référence pour les techniques de spectroscopie de charge (STM, ARPES), celui-ci a été peu étudié par diffusion inélastique de neutrons. Notre étude a montré l'existence de deux modes de spin S=1 avec une dispersion compatible avec la dispersion mesurée dans YBa2Cu3O6+x. Cette étude a mis en évidence le lien entre la position en énergie des excitations magnétiques et la distribution spatiale de gap observée par STM. Nous nous sommes aussi intéressés à l'étude de la phase normale (dite phase de « pseudogap ») des SHTC. Celle-ci présente de fortes déviations à la théorie du liquide de Fermi. Motivés par différentes approches théoriques, nous avons reporté l'existence d'un ordre magnétique non trivial dans la phase de pseudogap du composé YBa2Cu3O6+x. L'étude sur le composé La2-xSrxCuO4 semble également indiquer une réponse magnétique, cette réponse semble néanmoins différente de celle du composé YBa2Cu3O6+x.

Mots clés: neutron scattering; high temperature superconductivity; spin dynamics; competiting order; antiferromgnetic fluctuation; circulate current phases

Mots clés: diffusion des neutrons; supraconducteur à haute température critique; flucutations antiferromagnétiques; dynamique de spin; pseudogap; ordre en compétition; boucle de courant

Domaines: Supraconductivité [cond-mat.supr-con]

Benoît Fauqué. Etude des supraconducteurs à haute température critique par diffusion des neutrons. Supraconductivité [cond-mat.supr-con]. Université Paris Sud - Paris XI, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00349921⟩