Graduate studies

Cette thèse traite des mesures de transport de chaleur dans le matériau quantique α-RuCl₃, un isolant de Mott qui a été proposé comme étant un candidat prometteur pour la réalisation de l’état liquide de spins quantique Kitaev. Le transport thermique constitue une sonde de choix pour l’exploration des matériaux quantiques, notamment pour étudier la nature des excitations de basse énergie. Les mesures expérimentales de conductivité thermique de Hall et de magnétoconductivité thermique à basse température ont guidé cette thèse dans laquelle l’isolant magnétique α-RuCl₃ a été le fil conducteur. Ce matériau faisant l’objet de débats en lien avec la nature d’un état allégué induit sous champ qui serait un liquide de spins quantique a été étudié avec le transport de façon à enquêter sur la nature des porteurs de chaleur dans les différentes régions du diagramme de phases. La première étude décrite au chapitre 3 s’est intéressée à la conductivité thermique de Hall κ_xy(T) dans plusieurs échantillons de α-RuCl₃. L’étude utilise ce coefficient de transport de manière à sonder les différentes régions principales du diagramme de phases et cherche à vérifier les possibles signatures de l’état liquide de spins quantique Kitaev notamment celle des fermions de Majorana qui consiste en un κ_xy à demi-quantifié. Il s’avère que les résultats de cette étude mettent en lumière le rôle important des phonons dans le transport et remettent en question la validité de l’annonce récente de la signature des fermions de Majorana dans α-RuCl₃. La deuxième étude présentée au chapitre 4 s’est intéressée à la magnétoconductivité thermique κ_xx(B) dans deux échantillons de α-RuCl₃. L’observation récente d’un motif oscillant dans la région potentiellement liquide de spins quantique a été interprétée comme des oscillations quantiques provenant de la surface de Fermi de fermions neutres. Cependant, notre étude démontre que les oscillations tiendraient leur origine d’une succession de transitions d’ordre magnétique. À l’aide des données de κ_xx(B), des détails fins du diagramme de phases de α-RuCl₃ ont permis de favoriser le scénario selon lequel les phonons sont les principaux porteurs de chaleur à basse température et que leur libre parcours moyen est affecté par ces anomalies magnétiques.

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Dans cette thèse, la mesure de l’effet Hall thermique a été utilisée pour étudier différents matériaux quantiques, plus particulièrement les cuprates. Cette nouvelle sonde prometteuse est sensible aux excitations électroniques, magnétiques et possiblement topologiques de la matière. Étonnamment, il s’est avéré que les phonons peuvent générer un effet Hall thermique non nul dans la phase pseudogap des cuprates dopés en trous, et ce jusqu’à la phase isolante. Les phonons, particules sans charge, se sont avérés être les porteurs de chaleur responsables de ce signal transverse. La question première à laquelle cette thèse veut répondre est : quel est le mécanisme responsable de l’effet Hall thermique des phonons dans les cuprates, ou les isolants en général. Cette thèse par articles présente les résultats de trois projets distincts. Le premier est l’effet Hall thermique dans les cuprates isolants de Mott. Cette étude a confirmé l’origine phononique de l’effet Hall thermique dans les cuprates, tout en éliminant divers mécanismes pouvant générer un effet Hall thermique dans les isolants, comme les domaines structuraux et magnétiques ou la diffusion sur des impuretés de terres rares. La deuxième étude porte sur l’effet Hall thermique dans les cuprates dopés en électrons, de la phase isolante à la phase métallique. Un signal d’effet Hall thermique attribué aux phonons est toujours présent, et ce à tous les dopages. Les fluctuations antiferromagnétiques bidimensionnelles étant présentes à tous les dopages mesurés, cela semble être un élément à examiner dans la recherche du mécanisme responsable de l’effet Hall thermique des phonons. Finalement, le dernier projet présenté dans cette thèse porte sur l’étude d’un isolant antiferromagnétique cubique, Cu₃TeO₆. L’effet Hall thermique de cet isolant est d’amplitude relative similaire aux cuprates dopés en trous, et ne montre aucune anomalie lors de la transition magnétique à T_N. Ainsi, l’ordre magnétique à longue portée n’est pas nécessaire à la conductivité thermique de Hall des phonons et la physique particulière des cuprates non plus.

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Les cuprates sont étudiés depuis plus de trente ans, mais certaines de leurs propriétés sont encore mystérieuses. Les cuprates ont également un diagramme de phases riche qui est cible de plusieurs sondes expérimentales. Une récente technique de mesure, l'effet Hall thermique, a permis d'observer une nouvelle propriété de la phase pseudogap. En effet, le signal d'effet Hall thermique observé demeure négatif dans la phase pseudogap, en opposition à l'effet Hall électrique qui reste positif. Ce signal est également présent dans le composé parent non dopé La2CuO4 qui est un isolant de Mott, suggérant que les porteurs de chaleurs ne sont pas les électrons. Le premier chapitre de ce mémoire fait un retour sur les cuprates et l'article qui a motivé les expériences qui ont suivi. Le deuxième chapitre porte sur l'aspect théorique des mesures, particulièrement l'effet Hall thermique kappa_xy et kappa_zy, ainsi que les défis expérimentaux reliés à cette mesure. Finalement, le troisième chapitre porte sur les résultats expérimentaux importants et une discussion sur leur interprétation. La particularité des mesures d'effet Hall thermique de ce mémoire est qu'elles ont été effectuées perpendiculairement aux plans de cuivre-oxygène des cuprates, direction dans laquelle plusieurs excitations sont peu mobiles. Nos résultats démontrent que les phonons sont les principaux porteurs de chaleur et qu'ils deviennent chiraux dans la phase pseudogap. Nous pensons également que les domaines structuraux, les impuretés magnétiques et les impuretés d'oxygène ne sont pas responsables de cette chiralité. Les mesures et conclusions importantes ont été publiées en juillet 2020 dans le journal scientifique Nature Physics et apparaissent dans l'édition de novembre 2020.

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In the work described within this thesis, the measurement of thermal conductivity at very low temperature was used as a probe to study quantum materials. Five projects looking at different classes of materials are detailed. The first study focuses on the LSCO superconducting cuprate and the effect of the spin density wave that inhabits it on thermal transport. A drop in electronic thermal conductivity is observed when a field strong enough to induce the spin density wave is applied. This indicates that the spin density wave which exists inside the pseudogap phase interferes with the transport of electronic quasi-particles and that it is this, and not the pseudogap phase, which causes the surges in electrical resistivity well known in cuprates. A second project dedicated to strontium ruthenate Sr₂RuO₄, an unconventional superconductor, found thermal conductivity quite typical of a gap superconductor with d-wave symmetry. This result runs counter to the notion that was widely held until recently that this material has a much more exotic p-wave symmetry. Two similar studies looked at two materials potentially having a quantum spin liquid state: EtMe₃Sb [Pd (dmit)₂]₂ and herbertsmithite. In both cases, no clear signature of the presence of exotic excitations called spinons was observed. For EtMe₃Sb [Pd (dmit)₂]₂, this result refutes a very cited result published in Science which supported the presence of these spin excitations. Both materials have a thermal conductivity dominated by phonons which are strongly scattered, probably by spin excitations. The fifth project described concerns the strange metal FeCrAs. Its thermal conductivity did not support the idea that a spin liquid state could be present in this material. However, it revealed what appears to be a magnetic transition that has not yet been documented, but which is potentially linked to certain phenomena already identified in this material.

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Since their discovery in 1986, cuprate superconductors are still a puzzle, mainly because of their record-breaking superconducting critical temperatures and the complexity of their phase diagram, which still holds its share of mysteries. My thesis is about the study of these materials, upon which I give a literature survey in the first chapter. During my PhD, I studied the specific heat of these materials. This experimental technique is a powerful tool for harvesting electronic properties and is at the same time sensitive to phase transitions, as I explain in the second chapter. The calorimetric setup I used, detailed in the third chapter, was designed to allow for the measurement of specific heat in a high magnetic field environment up to 35 T, for temperatures down to 0.3 K, which allowed me to study the normal state of cuprates down to the lowest temperatures, when superconductivity is quenched by the magnetic field. My PhD work is mainly focused on the study of two regions of the phase diagram of cuprates that are the subject of the fourth and fifth chapters of this thesis. Firstly, in the pseudogap phase, where I looked for thermodynamic signatures of the transition at the doping p* where this phase ends. Secondly, in the charge order phase, aiming to bring elements to better determine the nature of the Fermi surface after reconstruction by this order. In the fourth chapter, I present the results of the study on the transition at p* in compounds Nd-LSCO and Eu-LSCO, that I extended to LSCO, Bi2201 and Tl2201. In these five compounds, we observe an increase in the electronic specific heat when approaching p*, associated with a logarithmic temperature dependence close to p*. These signatures are commonly observed around quantum critical points and bring out new properties of the pseudogap phase. In the fifth chapter, I present my study of the charge order phase of Hg1201, a model system for studying the Fermi surface reconstruction. We observe that the electronic density of states measured by calorimetry is three times larger than the one obtained from quantum oscillations measurements. This leads us to question the hypothesis that the reconstructed Fermi surface of Hg1201 by the charge order would consist in a single electron pocket.

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The heat transport in quantum materials constitutes a probe of choice for studying the microscopic phenomena of the dynamics of quasi-particles. In recent years, thermal transport in magnetically disordered insulators has brought a very rich physics due to the exotic phenomena resulting from the interactions that the spins undergo in the network. Since 2014 α-RuCl₃, a highly two-dimensional van der Waals insulating material, has aroused great interest in the scientific community. It is a promising candidate for so-called liquid quantum spin systems (QSL) where thermal Hall conductivity, denoted κ_xy, would allow direct observation of exotic quasiparticles: Majorana fermions. According to a theoretical model proposed by Russian physicist Alexei Kitaev in 2006, the observation of Majorana fermions in the transverse heat transport under magnetic field would prove without any doubt the existence of a QSL. In 2018, a study by a Japanese research group presents the first experimental observation of these Majorana fermions in α-RuCl₃. If this result was reproduced by other research groups, it would constitute a major breakthrough in the field of quantum materials - the thermal analog of the quantum Hall effect discovered in 1980. This master's thesis presents an exhaustive study of thermal transport in α-RuCl₃ which allowed us to explore the mechanisms of heat transport through the magnetic phase diagram.

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Plus de 30 ans après la découverte des cuprates, la richesse et la complexité du diagramme de phases de ces supraconducteurs à haute température critique constituent toujours l'un des sujets de recherche les plus actifs en physique de la matière condensée. En particulier, l'origine de la mystérieuse phase pseudogap, dont les multiples facettes ont été sondées par une panoplie de sondes expérimentales, reste inconnue à ce jour. Le fil conducteur de ce mémoire est l'universalité des signatures en transport de la phase pseudogap. L'objectif de cette étude consiste alors à vérifier dans un nouveau composé la manifestation de comportements caractéristiques observés dans d'autres cuprates et associés à la phase pseudogap. Nous introduisons dans un premier temps la famille des cuprates et leur diagramme de phases, puis nous décrivons les coefficients de transport au coeur de cette étude ainsi que les propriétés qu'ils révèlent. Nous présentons ensuite le cuprate étudié, Bi2201, justifiant le choix de ce composé, et la méthode expérimentale. Nous exposons enfin les résultats de cinq coefficients de transport mesurés sous l'influence de forts champs magnétiques permettant d'accéder à l'état normal. De ces mesures, nous tirons cinq conclusions principales sur le composé Bi2201 à proximité de p*: (i) le régime de diffusion planckien est atteint, (ii) il y a une chute de la densité de porteurs, (iii) la loi de Wiedemann Franz est satisfaite, (iv) l'effet Hall thermique devient grand et négatif et (v) l'effet Seebeck diverge à basse température. L'observation de ces phénomènes dans un nouveau composé, Bi2201, constitue un argument clé convergeant vers l'universalité de ces propriétés.

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The high-temperature superconductivity and the phases that emerge in its vicinity have been the subject of many research studies and heated debates. We studied a wide range of dopings in the LSCO family of cuprate superconductors, in particular, Nd-LSCO (La_1.6-xNd_0.4Sr_xCuO₄). We performed electric, thermoelectric and thermal transport experiments to study the charge and spin density wave, pseudogap and strange metal phases and their interplay. Many of these transport experiments were performed in an extreme condition; in high magnetic fields, at low temperatures, and under hydrostatic pressure. As the charge density wave phase (CDW) appears, it reconstructs the Fermi surface and changes the balance between electron and hole carriers. By entering this phase, the Hall coefficient, RH, and the Seebeck coefficient, S, starts to decrease by decreasing the temperature. By tracking the signatures of the CDW onset temperature in transport probes at different dopings, we found the end point of this phase (pCDW) and realized that it is different from the pseudogap critical point (p*). We studied the effect of pressure on the CDW phase. We discovered that by increasing pressure, the temperature at which the Seebeck coefficient becomes negative, T0, decreases, which indicates that the CDW phase becomes weaker. On the other hand, the superconducting transition temperature, Tc, increases since the superconducting phase becomes stronger. In contrary, the onset of the charge order phase, TCDW, which is located right below the structural transition, increases by pressure. This increase has been seen both in the temperature dependence of the RH, and S/T. This observation shows that one of the constraints for the appearance of the CDW phase is the structure and reveals the competition between the superconducting and CDW phases. We studied the effect of pressure on the pseudogap phase by using the electric and thermoelectric probes. At p = 0.22 < p* = 0.23, in the temperature dependence of the resistivity and Hall effect, we observed that the upturn corresponding to the pseudogap phase is suppressed by the application of pressure. It shows that the pseudogap critical point moves to lower dopings by increasing pressure. We also observed that the pseudogap onset, T*, does not move by increasing pressure at lower dopings. The effect of pressure on higher dopings above the pseudogap is to decrease the magnitude of the Hall coefficient towards negative values. The conclusion is that the pseudogap phase is sensitive to the topology of the Fermi surface and it cannot exists on an electron-like Fermi surface. We realized that one of the conditions for the presence of the pseudogap is p* ≤ pFS, where pFS is the doping at which the Fermi surface becomes electron-like. For the first time, we performed the thermoelectricity experiments on cuprate superconductors in high magnetic fields and under pressure. We found that the S/T upturn at p = 0.22 is suppressed by the application of pressure. This result has corroborated the previous one and showed again that p* moves to lower dopings by the application of pressure. We studied the magnetic field dependence of the resistivity isotherms at dopings above the pseudogap phase in Nd-LSCO (at p = 0.24 > p* = 0.23) and in LSCO (at p = 0.24 > p* = 0.18) up to 84T. We observed that the field dependence of the resistivity is linear at low temperatures and becomes quadratic at higher temperatures.

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Malgré trente ans de recherche intensive sur les cuprates, l'origine de l'appariemment des électrons dans leur état supraconducteur demeure un mystère. Probablement associée à cet appariemment, on trouve dans leur diagramme \textit{T}-dopage l'énigmatique phase pseudogap, responsable d'un grand nombre de propriétés exotiques dans l'état normal. Le débat autour de la nature de cette phase dans les cuprates dopés en trous a motivé le travail expérimental présenté ici. Nous nous intéressons plus spécifiquement au point critique à T = 0 noté p*. Pour étudier cette région du diagramme, nous travaillons d'un côté à l'obtention de monocristaux de cuprates surdopés, et de l'autre côté à des mesures de transport sur divers cuprates, soit dans des composés peu étudiés près de p*, soit en utilisant de nouvelles sondes pour l'étude du pseudogap. Nous faisons croître des monocristaux de HgBa₂CuO _{4 + δ} par technique d'auto-flux, puis modifions leur dopage ainsi que celui de cristaux de Bi₂Sr₂CaCu₂O_{8 + δ} à l'aide de traitements thermiques sous atmosphère contrôlée. La première étude en transport porte sur la résistivité linéaire en T à T -> 0, caractéristique d'un métal étrange. Nous mesurons la résistivité en champ magnétique intense d'un échantillon de Bi2212 à p = p*, révélant également ce phénomène. Nous étudions la pente de la résistivité et la comparons dans différents cuprates dopés en trous et en électrons, mettant en évidence que le taux de diffusion correspond à la limite Planckienne dans les cuprates. La seconde étude porte sur la transformation subie par la surface de Fermi en traversant p*. Nous établissons pour la première fois la magnétorésistance en angle à des dopages autour de p*, dans La_1.6-xNd_0.4Sr_xCuO₄ en champ magnétique intense, qui devrait mener à terme à de nouvelles informations sur la transformation de la surface de Fermi. La troisième étude porte sur la nature de la phase pseudogap pour p = p*, jusqu'aux faibles dopages. Une étude de l'effet Hall thermique dans une large gamme de dopages (jusqu'à p = 0) et dans quatre cuprates différents permet de révéler une nouvelle signature du pseudogap, d'origine magnétique.

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L’hexaborure de samarium, SmB₆, est un isolant de Kondo topologique découvert il y a plus de 50 ans. Tout récemment, l’observation d’oscillations quantiques dans SmB₆ suggère qu’il pourrait y avoir des excitations fermioniques sans charge à basse température dans le volume isolant de ce matériau. Il s’agit d’une proposition révolutionnaire ! Une façon de détecter de telles excitations est via leur capacité à transporter l’entropie, ce qu’une mesure de conductivité thermique devrait détecter comme un terme linéaire résiduel dans la limite où la température tend vers zéro.
Ce mémoire porte sur des mesures de conductivité thermique dans SmB₆ jusqu’à 70 mK sur divers monocristaux et dans des champs magnétiques allant jusqu’à 15 T. Pour tous les échantillons, en extrapolant les données à basse température, nous observons que le terme résiduel est nul. Nous ne trouvons donc aucune preuve directe de la présence de fermions. Cependant, nous observons une augmentation importante de la conductivité thermique lors de l’application d’un champ magnétique. Nous proposons un scénario où la chaleur est portée principalement par des phonons qui sont diffusés par des impuretés magnétiques, un mécanisme qui serait atténué par l’application d’un champ. Les données présentées ici seront comparées à deux études semblables publiées récemment. Les résultats de ce mémoire ont été publiés en juin 2018 dans la revue Physical Review B.

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Since the discovery of cuprate superconductors in 1986, the key enduring question is: why is the superconducting transition temperature Tc so high? An answer to this question requires that we understand the link between the superconducting phase and two other phases of cuprates: a phase of charge-density-wave (CDW) order and themysterious pseudogap phase. We also need to understand the link between the latter two phases. For my MSc project, my goal was to delineate the region of CDWorder in the doping phase diagram of the cuprate La2−xSrxCuO4 (LSCO), in the T = 0 limit in the absence of superconductivity. For this purpose, I performed measurements of the Hall coefficient RH and the Seebeck coefficient S at low temperature and high magnetic field, on several samples of LSCO in the doping range from x = 0.07 to x = 0.15. Because the magnetic field needed to suppress superconductivity at some of these dopings exceeds 20 T, some measurements had to be done at high magnetic field laboratories, namely the Laboratoire National des Champs Magentique Intenses in Grenoble and the National High Magnetic Field Laboratory in Tallahassee. Transport measurements can detect the presence of CDWorder via the impact that it has on the Fermi surface, namely a reconstruction that produces a small electron-like Fermi pocket, detected as a drop in RH(T) and S/T to negative values at low temperature, as previously established for the cuprate YBCO [1, 2, 3]. In LSCO, we observe a similar drop in RH(T) and S/T to negative values at x = 0.11, 0.12 and 0.13, the three dopings where CDW order has been observed by x-ray diffraction [4]. Extending to lower and higher dopings, we find that CDW-induced Fermi-surface reconstruction is confined to 0.085 < p < 0.15. The fact that the CDW phase ends at pCDW = 0.15, distinctly below the end point of the pseudogap phase at p∗ = 0.18, implies that the two phases are distinct. One can therefore treat them separately in their impact on superconductivity

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This experimental PhD thesis explores the properties of the pseudogap critical point in the phase diagram of superconducting cuprates. In a first part, I present a state of the art of these systems, in particular, their temperature-doping phase diagram. Recently, electrical transport shows a dramatic drop in the electronic carrier density near the pseudogap critical point, suggesting a Fermi surface reconstruction. To understand the phase transition related to this reconstruction, I performed high magnetic field measurements of thermal transport and specific heat on La1.8−xSrxEu0.2CuO4 and La1.6−xSrxNd0.4CuO4 cuprates. In a second part, after a theoretical introduction on specific heat and thermal transport, I detail how these two quantities were measured. In particular, I developed an AC specific heat technique to combine high resolution and absolute accuracy in high magnetic field and low temperature. Several thermal and electronic models were developed to understand and analyze the measurements, and to optimize the set-ups according to the temperature range. In a third part, I present the results obtained from thermal transport and specific heat measurements. Thermal transport confirms the drop in carrier density in the normal state (without superconductivity) of cuprates, already observed in high magnetic field electrical transport. Moreover, this drop also exists within the superconducting phase (in zero magnetic field), showing that it is neither influenced by superconductivity nor by magnetic field. In the normal state, the Wiedemann-Franz law is satisfied, proving the metallic behavior of the pseudogap phase. Electronic specific heat shows a non-classical behavior in the vicinity of the critical point. This abnormal behavior is characterized by a logarithmic dependence as a function of temperature at the critical doping p* corresponding to the drop in the carrier density. Moreover, these measurements suggest a diverging effective mass at p* as a function of doping. These two observations are the signature of a quantum critical point located at T = 0K and p = p*, whose origin is discussed in the last part. I discuss the possible universality classes, and I compare with others compounds (heavy fermions, pnictides) which present a quantum critical point.

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Cette thèse se décompose en deux parties. Dans la première, nous nous intéressons au premier champ critique, Hc1, du titanate de strontium, que nous mesurons à l’aide d’un réseau de microsondes de Hall taille dans un gaz bidimensionnel. La valeur du premier champ critique nous permet alors d’évaluer la densité superfluide à six différents dopages couvrant l’ensemble du dôme supraconducteur. À bas dopage, nous trouvons que celle-ci correspond à la densité de porteurs dans l’état normal tandis qu’au-delà du dopage optimal, celle-ci chute drastiquement. En plaçant nos résultats dans le contexte de la loi de Homes, nous voyons que cette chute s’explique par l’entrée dans la limite sale. Un lissage multibande de Hc1(T), dans ce contexte semble également indiquer que la supraconductivité émerge de la bande la plus basse et est seulement induite dans les deux autres bandes. Dans la seconde partie, nous regardons l’évolution de la densité de porteurs, n, du cuprate Nd-LSCO. Nous mesurons ainsi six échantillons de dopages proches du point critique pseudogap, p*, via trois sondes de transport : effet Hall, résistivité et effet Seebeck. Nous trouvons que n chute de 1+p a p a l’entrée dans la phase pseudogap. En comparant les différentes sondes, nous montrons que cette chute est due à une reconstruction de la surface de fermi et qu’il existe sûrement des poches d’électrons et de trous juste en dessous de p*. Ceci est en accord, entre autres, avec un scénario antiferromagnétique. Finalement, nous trouvons que la mobilité est inchangée à l’entrée dans la phase pseudogap et que les mesures de transports semblent insensibles à la divergence de la masse effective vue par chaleur spécifique.

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Le séléniure de fer, FeSe, est un matériau prometteur qui attire beaucoup d'attention depuis qu'il a décroché le record de la température critique la plus élevée chez les supraconducteurs à base fer. L'absence d'une phase magnétique à proximité de sa phase supraconductrice cause un questionnement sur la nature du mécanisme d'appariement des électrons dans ce supraconducteur. La symétrie avec laquelle ce mécanisme opère peut être déterminée en identifiant la structure et la symétrie du gap supraconducteur du FeSe. Plusieurs études du gap ont été menées, mais elles n'ont pas permis d'arriver à un consensus. Certaines mesures détectent des noeuds dans le gap supraconducteur tandis que d'autres rapportent un gap non nodal. L'incapacité à réconcilier les données existantes est en partie due au manque de mesures effectuées sur des monocristaux propres étant capables de résoudre des excitations à très basse énergie. Ce mémoire présente une étude du gap supraconducteur du FeSe utilisant la mesure de la conductivité thermique dans la limite où la température tend vers zéro comme sonde. Dans ce régime de température, il a été possible d'examiner les excitations à très faible énergie de l'état supraconducteur à l'aide d'un champ magnétique finement ajusté. De cette manière, un portrait très détaillé de la dispersion en énergie des quasiparticules a été dressé. Nous ne détectons pas de quasiparticules à énergie nulle et excluons donc la présence de noeuds sur le gap supraconducteur. Nous observons un comportement de supraconducteur à deux bandes, suggérant que les deux poches de la surface de Fermi ont des gaps différents dont les amplitudes diffèrent par un facteur 10. De plus, la grandeur du plus petit de ces deux gaps varie lorsque le niveau de désordre du matériau change, ce qui suggère que le petit gap est anisotrope. Cette dernière observation permet de réconcilier les études antérieures puisqu'une anisotropie du gap peut engendrer des noeuds accidentels sur le gap si le niveau de désordre du matériau est suffisament bas. Quelques études très récentes, parues en même temps que les résultats présentés ici, corroborent le scénario proposé et sont présentées à la fin du mémoire.

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Cette thèse traite l'interaction d'ordres en compétition dans les cuprates supraconducteurs dopés en trous; il sera question de supraconductivité et d'ordre de charge. Dans une première étude, la conductivité thermique $\kappa_{\rm xx}$ sous forts champs magnétiques du cuprate YBCO est utilisée pour mesurer le champ critique $H_{\rm c2}$. Cette expérience révèle la forte compétition entre la supraconductivité et l'ordre de charge dans ces matériaux dopés en trous. Ce résultat représente la première mesure directe de champ critique $H_{\rm c2}$ dans cette famille de supraconducteurs et démontre l'absence de liquide de vortex à température nulle. Dans une deuxième étude, la combinaison de l'effet Hall thermique $\kappa_{\rm xy}$ et de mesures électriques sous forts champs magnétiques permet l'exploration de la loi de Wiedemann-Franz dans le cuprate YBCO. En démontrant que cette loi est satisfaite au-dessus du champ magnétique critique $H_{\rm c2}$ déterminé lors du premier projet, cette expérience montre qu'il ne reste pas de supraconductivité au-dessus du champ magnétique critique et que l'état normal des cuprates sous-dopés est métallique. Dans une troisième étude, l'effet Hall thermique $\kappa_{\rm xy}$ est utilisé pour sonder la surface de Fermi d'un matériau dans sa phase supraconductrice. Pour les cuprates sous-dopés en trous, ce projet révèle qu'il n'y a pas de reconstruction de la surface de Fermi en champ nul par l'ordre de charge à courte portée. Cette expérience pionnière représente ainsi le trait d'union manquant entre de nombreux résultats qui pourtant parurent contradictoires au premier abord.

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Lors d'études précédentes, il a été observé que la température critique de la transition supraconductrice des matériaux KFe$_2$As$_2$ et CsFe$_2$As$_2$ diminue en fonction d'une pression hydrostatique pour ensuite remonter après avoir dépassé une certaine pression critique (17,5 et 14 kbar). La mesure du coefficient de Hall à température nulle, ainsi que des mesures des oscillations de de Haas-van Alphen, indique que ce changement brusque de comportement n'est pas dû à un changement dans la surface de Fermi. Afin d'expliquer ce phénomène, l'hypothèse apportée est celle d'un changement de la symétrie d'appariement des paires de Cooper. Une transition d'une symétrie de type d à une de type s est supportée par l'ajout d'impuretés, des mesures de conductivité thermique et l'évolution en pression de la résistivité.
Dans le cadre de ce mémoire, la résistivité, l'effet Hall et le champ critique supérieur ont été mesurés pour le matériau RbFe$_2$As$_2$ en fonction d'une pression hydrostatique, complétant ainsi le portrait pour trois matériaux de même structure. Comme pour les deux premiers matériaux, une remontée de la température critique à une certaine pression critique (11 kbar) est observée, sans conséquence notable sur l'effet Hall. De plus, les données de champ critique supérieur, analysées conjointement à des données déjà prises pour KFe$_2$As$_2$, montrent un saut de la quantité $\frac{1}{T_c}\left(-\frac{\partial H_{c2}}{\partial T}\right)_{T_c}$ à la pression critique, ce qui indique un changement de la structure du gap supraconducteur et consolide le scénario d'un changement de la symétrie d'appariement des paires de Cooper.

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Ce mémoire présente une étude de l’effet d’une pression hydrostatique sur la reconstruction de la surface de Fermi dans le cuprate supraconducteur La_1.6-xNd_0.4 Sr _xCuO ₄. Des mesures de la résistivité et de l’effet Hall ont été effectuées à Sherbrooke ainsi qu’au National High Magnetic Field Laboratory de Tallahassee sur des échantillons de La_1.6-xNd _0.4 Sr_xCuO₄ à deux dopages d’intérêt.
Une revue de la littérature pertinente à la mise en contexte des résultats est d’abord présentée, portant notamment sur les études de pression déjà publiées dans le domaine. Quelques notions théoriques sur le transport électrique et sur les signatures des fluctuations quantiques associées à la présence d’un point critique quantique sont ensuite amenées. La méthode expérimentale est décrite en détail et le fonctionnement des cellules de pression est expliqué. Les résultats obtenus dans le cadre de ces travaux sont ensuite présentés. Finalement, une discussion propose quelques pistes d’interprétation pour ces résultats.
Les mesures d’effet Hall sous pression ont permis de montrer que la reconstruction de la surface de Fermi est supprimée à p = 0.20. Les données de résistivité témoignent d’un déplacement de la ligne T∗ associée au pseudogap et montrent qu’une pression de 20 kbar suffit à révéler un intervalle de dopage où la résistivité est linéaire jusqu’à très basse température.
Ces résultats font état d’une grande ressemblance entre La[indice inférieur 1.6−x]Nd[indice inférieur 0.4]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] sous pression et La[indice inférieur 2−x]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4], le composé parent. Ils appuient de plus la thèse que la pression supprime l’ordre de charge associé à la reconstruction de la surface de Fermi.

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Ce mémoire présente une étude de l’effet d’une pression hydrostatique sur la reconstruction de la surface de Fermi dans le cuprate supraconducteur La_1.6-xNd_0.4 Sr _xCuO ₄. Des mesures de la résistivité et de l’effet Hall ont été effectuées à Sherbrooke ainsi qu’au National High Magnetic Field Laboratory de Tallahassee sur des échantillons de La_1.6-xNd _0.4 Sr_xCuO₄ à deux dopages d’intérêt.
Une revue de la littérature pertinente à la mise en contexte des résultats est d’abord présentée, portant notamment sur les études de pression déjà publiées dans le domaine. Quelques notions théoriques sur le transport électrique et sur les signatures des fluctuations quantiques associées à la présence d’un point critique quantique sont ensuite amenées. La méthode expérimentale est décrite en détail et le fonctionnement des cellules de pression est expliqué. Les résultats obtenus dans le cadre de ces travaux sont ensuite présentés. Finalement, une discussion propose quelques pistes d’interprétation pour ces résultats.
Les mesures d’effet Hall sous pression ont permis de montrer que la reconstruction de la surface de Fermi est supprimée à p = 0.20. Les données de résistivité témoignent d’un déplacement de la ligne T∗ associée au pseudogap et montrent qu’une pression de 20 kbar suffit à révéler un intervalle de dopage où la résistivité est linéaire jusqu’à très basse température.
Ces résultats font état d’une grande ressemblance entre La[indice inférieur 1.6−x]Nd[indice inférieur 0.4]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4] sous pression et La[indice inférieur 2−x]Sr[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4], le composé parent. Ils appuient de plus la thèse que la pression supprime l’ordre de charge associé à la reconstruction de la surface de Fermi.

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Des mesures de l'effet Nernst dans la phase pseudogap des cuprates YBa₂Cu₃O_y (YBCO) et ceux de la famille de La _2-xSr_xCuO₄(LSCO) révèlent la sensibilité de cette sonde à l'apparition du pseudogap à la température T*. Ces mesures d'effet Nernst montrent aussi l'étendue restreinte en température des fluctuations supraconductrices par rapport à la contribution des quasiparticules normales. Ces deux observations permettent l'établissement d'un diagramme de phase dopage-température pour ces matériaux indiquant clairement les limites du pseudogap et des fluctuations supraconductrices. Ces mêmes mesures sur des cristaux d'YBCO et de Nd-LSCO démaclés et orientés dans les deux directions de la structure cristalline orthorhombique, a et b, montrent une importante anisotropie de l'effet Nernst indiquant une brisure de symétrie de rotation apparaissant justement à T*. Une compréhension plus approfondie de cette brisure de symétrie pointe vers une étude complète de l'anisotropie des coefficients de transport électrique et thermoélectrique d'YBCO et du test des relations de réciprocité d'Onsager. L'étude montre que la conductivité de Hall est isotrope et ne viole donc pas la relation d'Onsager en champ magnétique. L'observation d'une anisotropie des coefficients thermoélectriques longitudinaux et transverses indique tout d'abord la présence d'une forte nématicité, ensuite une violation de la relation de Mott. Il est suggéré que le pseudogap des cuprates consiste en une phase nématique de fluctuations d'ordre de charge se stabilisant à basse température et reconstruisant la grande surface de Fermi de trous en une surface anisotrope comportant des poches d'électrons et de trous.

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Le supraconducteur à base de fer KFe₂As₂ constitue une énigme en raison de la symétrie inusitée de son paramètre d'ordre. Contrairement aux autres supraconducteurs à base de fer, qui sont de symétrie s-wave, ce matériau semble partager la symétrie d-wave des cuprates comme YBCO. Le transport thermique est une sonde expérimentale très efficace pour déterminer la structure du paramètre d'ordre en révélant la présence de nœuds sur la surface de Fermi où le gap en énergie associé à la supraconductivité est nul. Ce mémoire présente des données de conductivité thermique obtenues dans KFe₂As₂ selon les axes cristallins a et c et pour différentes orientations du champ magnétique. Les mesures couvrent un intervalle en température de 50 mK à 500 mK. La présence d'un terme résiduel linéaire k[indice inférieur 0] / T en champ nul indique la présence de nœuds. L'anisotropie de ce terme résiduel selon les directions a et c implique que les nœuds sont disposés sur des lignes verticales selon l'axe k[indice inférieur z] sur tous les feuillets de la surface de Fermi. Ce résultat suggère fortement un gap de symétrie d-wave. De plus, k[indice inférieur 0] / T n'est pas affecté par la variation du taux de diffusion dans des échantillons de puretés différentes. Cette propriété, appelée universalité de la conductivité thermique, est caractéristique des supraconducteurs de symétrie d-wave. Bien qu'une récente étude menée à l'aide de l'ARPES dans KFe₂As₂ indique plutôt un gap s-wave, le calcul du comportement en champ magnétique de ce matériau à partir des valeurs du gap obtenues par l'ARPES est incompatible avec les données expérimentales de conductivité thermique. La dépendance en champ magnétique de la conductivité thermique est par ailleurs reproduite presque parfaitement par un modèle d-wave. Déterminer la symétrie du paramètre d'ordre du supraconducteur est crucial afin de comprendre le mécanisme d'appariement. À cet égard, KFe₂As₂ offre la possibilité de faire le lien entre les deux grandes familles de supraconducteurs: les cuprates et les supraconducteurs à base de fer.

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Ce mémoire présente des mesures de conductivité thermique sur les supraconducteurs YBCO et Tl-2201 afin de statuer sur la présence possible d'un point critique quantique (QCP) dans le diagramme de phase de cuprates. Ce point critique quantique serait à l'origine de la reconstruction de la surface de Fermi, d'un large cylindre de trous en de petites poches de trous et d'électrons. La conductivité thermique dans le régime T [arrow right] 0 permet d'extraire une quantité purement électronique liée aux vitesses de Fermi et du gap, au noeud. Une discontinuité dans cette quantité pourrait signaler la traversée du dopage critique qui reconstruit la surface de Fermi. Plusieurs sondes expérimentales distinguent une transition de phase ou un crossover à T * à température finie. D'autres sondes mettent en évidence une transition de phase sous l'effet d'un champ magnétique. La présence ou non de cet ordre, à température et champ magnétique nul questionne la communauté depuis plusieurs années. Dans cette étude, nous détectons une variation brusque de ?0 /T à p = 0.18 dans YBCO et à p = 0.20 dans Tl-2201. Ces sauts sont interprétés comme un signe de la transition à température nulle et sont en faveur d'un QCP. Le manque de données d'un même matériau à ces dopages ne permet pas de valider hors de tout doute l'existence d'un point critique quantique. Le modèle théorique YRZ décrit aussi bien les données de conductivité thermique. Des pistes de travaux expérimentaux à poursuivre sont proposées pour déterminer la présence ou non du QCP de façon franche.

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D'une part, l'effet Nernst est connu pour être sensible aux fluctuations supraconductrices, c'est-à-dire aux manifestations de l'état supraconducteur à des températures supérieures à la température critique. D'autre part, les cuprates, en raison de leur caractère fortement bi-dimensionnel et de leur courte longueur de cohérence, sont sujets à être particulièrement affectés par les fluctuations de phase de l'ordre supraconducteur. Ces deux éléments sont à l'origine d'une croyance très répandue selon laquelle les fluctuations de phase sont la cause de l'amplitude anormalement grande de l'effet Nernst dans les cuprates et sont associées à la présence du pseudogap du côté sous-dopé. Dans cette thèse, l'effet Nernst d'un cuprate dopé en électrons a été mesuré afin d'établir la nature des fluctuations. Les échantillons étudiés, des couches minces de PCCO, révèlent que la théorie classique des fluctuations gaussiennes peut adéquatement décrire le signal obtenu, à condition que la contribution des quasi-particules soit correctement traitée. L'évolution en fonction du dopage, du régime sous-dopé à celui sur-dopé, montre que l'amplitude des fluctuations dans l'effet Nernst suit la dépendance en dôme de la température critique, tout comme dans les cuprates dopé en trous et en opposition avec un scénario de fluctuations de phase. Les résultats obtenus, en accord quantitatif avec ceux des études antérieures, permettent de conclure que le diagramme de phase des cuprates est dominé par la compétition de phase et la criticalité quantique causant une reconstruction de la surface de Fermi.

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La structure du gap supraconducteur et sa modulation sont intimement liées au potentiel d'interaction responsable de l'appariement des électrons d'un supraconducteur. Ainsi, l'étude de la structure du gap-SC et de sa modulation permet de faire la lumière sur la nature du mécanisme d'appariement des électrons. À cet égard, les résultats expérimentaux des supraconducteurs à base de fer ne cadrent pas dans un seul ensemble, ce qui est en opposition au gap-SC universel des cuprates. Dans ce qui suit, nous présenterons une étude systématique du gap-SC pour plusieurs pnictides. En effet, en utilisant la conductivité thermique, une sonde directionnelle du gap-SC, nous avons été en mesure de révéler la structure du gap-SC pour les composés suivants : Ba[indice inférieur 1-x]K[indice inférieur x]Fe[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2], Ba(Fe[indice inférieur 1-x]Co[indice inférieur x])[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2], LiFeAs et Fe[indice inférieur 1-[delta]] Te[indice inférieur 1-x]Se[indice inférieur x]. L'étude de ces quatre composés, de trois différentes familles structurales, a pu établir un tableau partiel mais très exhaustif de la structure du gap-SC de pnictides. En effet, tel qu'illustré dans cette thèse, ces quatre composés ne possèdent aucun noeud dans leur structure du gap-SC à dopage optimal. Toutefois, à une concentration différente de celle optimale pour les composés K-Ba122 et Co-Ba122, des noeuds apparaissent sur la surface de Fermi, aux extrémités du dôme supraconducteur. Ceci suggère fortement que, pour ces composés, la présence de noeuds sur la surface de Fermi est nuisible à la phase supraconductrice.

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Ce mémoire présente des mesures de transport thermoélectrique, les effets Seebeck et Nernst, dans une série d’échantillons de supraconducteurs à haute température critique. Des résultats obtenus récemment au Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses à Grenoble sur La_1.7Eu_0.2Sr_0.1CuO₄, La_1.675Eu_0.2Sr_0.125CuO₄, La_1.64Eu_0.2Sr_0.16CuO₄, La_1.74Eu_0.1Sr_0.16CuO₄ et La_1.4Nd_0.4Sr_0.2CuO₄ sont analysés. Une attention particulière est accordée aux équations de la théorie semi-classique du transport et leur validité est vérifiée. La procédure expérimentale et les matériaux utilisés pour concevoir les montages de mesures sont expliqués en détail. Enfin, un chapitre est dédié à l’explication et l’interprétation des résultats de transport thermoélectrique sur YBa₂Cu₃O_6+d publiés au cours de l’hiver 2010 dans les revues Nature et Physical Review Letters. Les données d’effet Seebeck dans les échantillons de La_1.8-xEu_0.2Sr_xCuO₄, où un changement de signe est observé, permettent de conclure à la présence d’une poche d’électrons dans la surface de Fermi qui domine le transport à basse température dans la région sous-dopée du diagramme de phase. Cette conclusion est similaire à celle obtenue par des mesures d’effet Hall dans YBa₂Cu₃O_6+d et elle cadre bien dans un scénario de reconstruction de la surface de Fermi. Les données d’effet Nernst recueillies indiquent que la contribution des fluctuations supraconductrices est limitée à un modeste intervalle de température au-dessus de la température critique.

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Ce mémoire présente des mesures expérimentales des propriétés de transport, notamment la résistivité, l'effet Hall, le pouvoir thermoélectrique et l'effet Nernst des cuprates La1.6-x Nd0.4 Sr x CuO4 (Nd-LSCO) et La1.8- x Eu0.2 Srx CuO4 (Eu-LSCO) à divers dopages (x = 0.08 à 0.24). Ces mesures révèlent des comportements non-liquide de Fermi (NLF) ainsi que la présence d'un point critique quantique (PCQ) dans Nd-LSCO à un dopage p = 0.235 « 0.005. Des remontées et anomalies dans ces propriétés de transport montrent des preuves marquantes d'une diminution du nombre de porteurs de charge n avec la chute de la température, résultant d'une reconstruction de la surface de Fermi (RSF). L'apparition de ces remontées et anomalies dans Nd/Eu-LSCO coïncide avec l'apparition d'un ordre de stripe (rayures): modulation à longue portée dans l'espace de la charge et/ou du spin. La présence d'un tel ordre est suffisant pour briser la symétrie de translation du système et est ainsi une cause possible de la RSF. La détermination de la température caractéristique de l'effet Nernst Tv , corrélée avec la température pseudogap T *, pour l'ensemble de ces matériaux en plus de La2-x Sr x CuO4 (LSCO) permet de construire un diagramme de phase générique pour LSCO montrant la frontière T *, grande à bas dopage, diminuer à mesure que le dopage augmente, et tomber à zéro au PQC. La phase pseudogap est alors attribuée à cet ordre de stripe, fluctuant entre T * et sa température de détection Tao, et se stabilisant à longue portée sous celle-ci, créant un bris de symétrie de translation engendrant une RSF. Observé sous forme de fluctuations à courte portée, cet ordre n'a pas été détecté de façon statique à longue portée dans YBa 2 Cu 3 O7-? (YBCO), toutefois, des évidences expérimentales dans le transport suggèrent un mécanisme commun à Nd/Eu-LSCO et YBCO.

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Des mesures de résistance longitudinale et de résistance de Hall en champ magnétique intense transverse (perpendiculaire aux plans CuO ₂) ont été effectuées au sein de monocristaux de YBa₂Cu₃O_y (YBCO) démâclés, ordonnés et de grande pureté, afin d'étudier l'état fondamental des supraconducteurs à haute T_c dans le régime sous-dopé. Cette étude a été réalisée en fonction du dopage et de l'orientation du courant d'excitation J par rapport à l'axe orthorhombique b de la structure cristalline. Les mesures en champ magnétique intense révèlent par suppression de la supraconductivité des oscillations magnétiques des résistances longitudinale et de Hall dans YBa[indice inférieur 2]Cu[indice inférieur 3]O[indice inférieur 6.51] et YBa[indice inférieur 2]Cu[indice inférieur 4]O[indice inférieur 8]. La conformité du comportement de ces oscillations quantiques au formalisme de Lifshitz-Kosevich, apporte la preuve de l'existence d'une surface de Fermi fermée à caractère quasi-2D, abritant des quasiparticules cohérentes respectant la statistique de Fermi-Dirac, dans la phase pseudogap d'YBCO. La faible fréquence des oscillations quantiques, combinée avec l'étude de la partie monotone de la résistance de Hall en fonction de la température indique que la surface de Fermi d'YBCO sous-dopé comprend une petite poche de Fermi occupée par des porteurs de charge négative. Cette particularité de la surface de Fermi dans le régime sous-dopé incompatible avec les calculs de structure de bande est en fort contraste avec la structure électronique présente dans le régime surdopé. Cette observation implique ainsi l'existence d'un point critique quantique dans le diagramme de phase d'YBCO, au voisinage duquel la surface de Fermi doit subir une reconstruction induite par l'établissement d'une brisure de la symétrie de translation du réseau cristallin sous-jacent. Enfin, l'étude en fonction du dopage de la résistance de Hall et de la résistance longitudinale en champ magnétique intense suggère qu'un ordre du type onde de densité (DW) est responsable de la reconstruction de la surface de Fermi. L'analogie de la phénoménologie entourant le comportement des résistances longitudinale et de Hall dans YBa[indice inférieur 2]Cu[indice inférieur 3]O[indice inférieur y], avec des systèmes dans lesquels l'existence d'un ordre du type DW est établie, notamment des cuprates à structure tétragonale à basse température ("Low Temperature Tetragonal", LTT), indique que l'ordre causant la reconstruction de la surface de Fermi est stabilisé au voisinage du dopage p = 1/8, et est en compétition directe avec la supraconductivité.

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La physique entourant un point critique quantique (QCP) nous offre toujours certaines surprises. En effet, pour certains composés, c'est un point du diagramme de phase où il est possible d'observer d'impressionantes [i.e. impressionnantes] déviations de la théorie d'un Liquide de Fermi. Ou, pour d'autres, il y existe certaines phases qui y sont exclusives telle que la supraconductivité [1-5]. Par exemple, une étude complète du transport électrique et thermique fut complétée sur CeCoIn₅ par Tanatar et al. [6] dans laquelle ils ont observé une violation de la loi de Weidemann Franz, un des piliers de la théorie d'un Liquide de Fermi, au QCP. Plus précisément, ils proposent une relation phénoménologique entre la linéarité de la résistivité (ρ) en fonction de la température pour T → 0 K et la violation de la loi de Weidemann Franz: les fluctuations générées au QCP sont responsables de la violation observée. Cette proposition est audacieuse et nous a poussé [i.e. poussés] à étudier un autre composé offrant le même genre de propriétés (YbRh₂Si₂) et c'est cette étude que nous vous présenterons. En effet, YbRh₂Si₂ est aussi un fermion lourd qui possède un QCP où il a été observé une quasi parfaite linéarité de la résistivité électrique (ρ) en fonction de la température sur un large intervalle de température reflétant la force des fluctuations vues à ce point [7]. Nous verrons que, dessous une température, indépendamment de l'orientation et de la valeur du champ magnétique, la loi de Wiedemann-Franz restera valide.

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The thermal conductivity and electrical resistivity of single crystals of CeIrIn5, one of the members of the CeMIn5 family (M = Co, Ir or Rh), were measured as a function of temperature, magnetic field, doping and current orientation with respect to the crystal axes, to investigate the superconducting and normal states of this compound. In particu- lar the aim of this study was to determine the gap symmetry of CeIrIn5, a heavy-fermion superconductor with Tc=0.4K.
Comparison of the in-plane, κa, and inter-plane, κc, thermal conductivity of high- purity CeIrIn5 crystals as T → 0 revealed a large anisotropy of the superconducting gap, which suggested a hybrid Eg gap symmetry for this compound. Our doping and magnetic field studies support this suggestion. The doping study with light substitution of Ce with La reveals universal heat transport in the plane and non-universal heat transport along the tetragonal axis. This is the first observation of universal heat transport in a heavy fermion system. In the magnetic field study, measurements of the overall temperature and magnetic field dependence of the inter-plane thermal conductivity, κc, in the mixed state show a clear anomaly at low temperature. This anomaly is most pronounced in the highest purity samples and for the magnetic field applied in the ab plane. The resulting H − T phase diagram suggests the existence of a new phase inside the superconducting state, which may confirm the existence of a two-component order parameter in this material.
Finally, electrical resistivity measurements reveal an anomalous T4/3 power law re- sistivity, ρ(T) = ρ0 + AT4/3, in the high field non-Fermi liquid regime of inter-plane transport. This suggests the presence of ferromagnetic spin fluctuations in this com- pound, beyond the well-known antiferromagnetic spin fluctuations in the 115 family. These ferromagnetic spin fluctuations are lead to a quantum phase transition at high fields in CeIrIn5.

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La famille des supraconducteurs dopés aux électrons tient son originalité d'un magnétisme important. Chez Sm₂CuO₄, des mesures de chaleur spécifique mettent en évidence un ordre antiferromagnétique des moments de terre rare. Après dopage en cérium et réduction, Sm[indice inférieur 2-x]Ce[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4-[delta]], cet ordre est encore présent dans la phase supraconductrice. Puisque la chaleur spécifique est liée à la conductivité thermique ([kappa] = 1/3 C[upsilon]l]), l'ordre antiferromagnétique doit ressortir dans le tranport de chaleur. Une anomalie de [kappa] existe effectivement en dessous de la température de Néel des samarium. Trois acteurs peuvent en être à l'origine : les électrons, les phonons ou les magnons, chacun contribuant à [kappa] ([kappa] = [kappa][indice inférieur e]+[kappa][indice inférieur ph]+[kappa][indice inférieur mag]). Seuls les phonons semblent responsables de l'anomalie observée. En diffusant les phonons dans la phase antiferromagnétique, les magnons génèrent une diminution du libre parcours moyen des phonons, ce qui diminue la conductivité thermique. L'anomalie reflète finalement l'interaction des magnons avec les phonons. D'autres mesures à basse température visent à mettre en relief Sm[indice inférieur 1.85]Ce[indice inférieur 0.15]CuO[indice inférieur 4-[delta]] et Pr [indice inférieur 2-x]Ce[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 4-[delta]] (x=0.15 et 0.17). Un trait commun de ces matériaux est la présence d'un downturn s'accentuant avec l'application d'un champ magnétique suivant l'axe c. Malgré cela, la recherche tente de répondre à la géométrie du gap supraconducteur, et de caractériser l'état de vortex et l'état normal.

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Measurements of heat and charge transport at very low temperature were used to investigate the ground state of high-purity single crystals of the cuprate YBa2Cu3Oy as a function of doping. Samples were investigated on either side of the superconducting phase boundary, in both zero and applied magnetic field. We find that from optimal doping to a doping near the onset of superconductivity the elementary electronic excitations are understood to be nodal quasiparticles, whose excitation spectrum is governed by the energy scale of the pseudogap. In a magnetic field, these quasiparticles behave unexpectedly in our purest samples - conventional transport theory cannot account for their field and temperature dependence in either the unitary or Born scattering limits. At very low dopings, such that the hole concentration in the CuO2 planes is slightly less than the critical doping needed for the onset of superconducting order, we observe delocalized fermionic excitations at zero energy. This reveals that the ground state of clean underdoped cuprates is metallic, in contrast to the insulating ground state observed in underdoped La2−xSrxCuO4. The ratio of heat to charge transport in this metallic state violates the Wiedemann-Franz law, the first such observation in underdoped cuprates.

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