« 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

H Le phénomène de Supraconduction : 1911 (K. Onnes) T > Tc Annulation de la résistance électrique Résistance (W) Température (K) T < Tc T > Tc Diamagnétisme parfait (1933, Meissner-Ochsenfled ) H 1 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Le phénomène de Supraconduction : 1911 (K. Onnes) 2 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

1957 : La théorie BCS (J. Bardeen, L. Cooper et R. Schrieffer) Supraconducteur : Nouvel état fondamental de la matière Surface de Fermi Etat lié : appariement des électrons (paires de Cooper) + Interaction attractive Prédiction clé : Existence d’un gap D a Tc dans les excitations électroniques T(K) Mesures thermodynamiques (Philipps, PR 1959) C (mJ/mol deg) C v / e ¡ ¢ ( ) k B T Mesures spectroscopiques (Giaver, PR 1960) D dI/dV ~ n(E) E (meV) 3 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Energie à fournir pour briser une paire de Cooper : 2D 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 : 2D T(K) Mesures thermodynamiques (Philipps, PR 1959) C (mJ/mol deg) C v / e ¡ ¢ ( ) k B T Mesures spectroscopiques (Giaver, PR 1960) D dI/dV ~ n(E) E (meV) 3 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Plan de l’exposé Quelques propriétés des cuprates supraconducteurs Notre sonde : la diffusion Raman électronique Principes Dispositif expérimental 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 Effet des impuretés Gap supraconducteur et pseudogap 4 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Plan de l’exposé Quelques propriétés des cuprates supraconducteurs Notre sonde : la diffusion Raman électronique Principes Dispositif expérimental 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 Effet des impuretés Gap supraconducteur et pseudogap 4 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Cuprates – Généralités Famille nombreuse : YBa2Cu3O6+x, Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+x (n =1,2 ou 3), La2-xSrxCuO4, etc…. Cu O Empilements de plans CuO2 Plans réservoirs de charge Insertions (ex. O dans YBa2Cu3O6+x) Substitutions cationiques (La2+/Sr3+ dans La2-xSrxCuO4) Optimal : résistivité linéaire en T Modification de la densité de porteurs de charge au sein des plans CuO2 = DOPAGE 5 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Diagrame de phase des Cuprates “dopés trous” Physique des électrons fortement corrélés + Basse dimensionnalité Sous dopé Optimalement dopé Sur dopé TN Isolant de Mott Tc record : 135 K HgBa2Ca2Cu3O8+d (165 K sous pression) Température Supraconducteur Gap de symétrie d TC 6 Dopage en trous des plans CuO2 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Diagrame de phase des Cuprates “dopés trous” Transport «marginal» : violation de Wiedemann-Franz, rab a T «Quasiparticules» très amorties Sous dopé Optimalement dopé Sur dopé « Métal » étrange TN Isolant de Mott Température Supraconducteur Gap de symetrie d TC Supraconducteur Gap de symétrie d TC 6 Dopage en trous des plans CuO2 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Diagrame de phase des Cuprates “dopés trous” «Gel» d’une partie des excitations de basse énergie Renforcement des fluctuations magnétiques Sous dopé « Métal » étrange Sur dopé Optimalement dopé T* TN Isolant de Mott PseudoGap Température Supraconducteur Gap de symétrie d TC 6 Dopage en trous des plans CuO2 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

? Diagrame de phase des Cuprates “dopés trous” Disparition des fluctuations magnétiques Propriétés de transport « plus conventionnelles » Sous dopé Optimalement dopé Sur dopé T* Tx « Métal » étrange TN Isolant de Mott Métal un peu moins étrange (Normal ?) PseudoGap Température ? Supraconducteur Gap de symétrie d TC 6 Dopage en trous des plans CuO2 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Diagrame de phase des Cuprates “dopés trous” But de ce travail : exploration de la phase supraconductrice 1- Faire varier le dopage (HgBa2CuO4+d = Hg-1201, Tcmax=95K) 2- Utiliser des impuretés (au dopage optimal, YBa2Cu3O7-d = Y-123) Sous dopé Optimalement dopé Sur dopé T* Tx TN Isolant de Mott Température Supraconducteur Gap de symétrie d TC TC p = 0.18 p = 0.09 6 Dopage en trous des plans CuO2 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Diagrame de phase des Cuprates “dopés trous” But de ce travail : exploration de la phase supraconductrice 1- Faire varier le dopage (HgBa2CuO4+d , Hg-1201, Tcmax=95K) 2- Utiliser des impuretés (au dopage optimal, YBa2Cu3O7-d = Y-123) Sous dopé Optimalement dopé Sur dopé T* Tx TN Isolant de Mott Température TC 6 Dopage en trous des plans CuO2 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Plan de l’exposé Quelques propriétés des cuprates supraconducteurs Notre sonde : la diffusion Raman électronique Principes Dispositif expérimental 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 Effet des impuretés Gap supraconducteur et pseudogap Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

! Notre moyen d’investigation : La diffusion inélastique de la lumière (1928) Sir C.V. Raman (1888-1970) Prix Nobel 1930 ! Vibrations du réseau (phonons) Excitations magnétiques (magnons : J) Excitations électroniques (polarons, plasmons, gap) Diffusion Rayleigh (élastique) à w = 0 cm-1 ~106-8 plus intense que la diffusion Raman ! 7 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

La diffusion Raman électronique EI+ħWI Photon diffusé ~ ­ S = I ¡ ! ; k q e s ES=EI+ħw EF paire e- / trou Photon incident EI ~ ­ I ; k e Inefficient process : for one photon inelastically scattered, 10^5 are elastically scattered !! q = moment transferé au système = kS – kI (~ 107 m-1) << 2p/a, kF (~ 1010 m-1) c(w) : fonction réponse d’un «pseudo-opérateur densité » 8 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Sonder la dynamique des charges dans différentes régions de l’espace réciproque Vertex Raman : dépend de la polarisation des photons incidents et diffusés eI eS |gB2g| B2g ky kx -p/a p/a eI eS |gA1g| A1g ky kx -p/a p/a eI eS B1g |gB1g| ky kx p/a -p/a 9 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Le Dispositif Expérimental 10mm CCD G1 G2 G3 s2 s3 s1 Analyseur (eS) L A S E R Doigt froid Rotation des axes du cristal par rapport à la polarisation de la lumière Elargissement du faisceau Suppression de la diffusion Rayleigh Polariseur (eI) Mesure de l’intensité de la lumière diffusée en fonction du déplacement Raman 10 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Le Dispositif Experimental… en vrai périscope Détecteur (CCD) Écran de contrôle cryostat Monochromateur à prisme CCD L3 Cryostat L4 Monochromateur à Prisme LASER LASER D2 D1 L2 L1 Téléscope 11 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Réponse Raman théorique pour un supraconducteur T.P.Devereaux, D. Einzel (95) M.V.Klein, S.B.Dierker (84) ^ G ( ~ k ; i ! n ) = e ¿ + » 3 ¢ 1 2 ¡  B g T I m X ° r £ ­ ¤ j  B 1 g ( 2 ) ! ' ¼ N F R e * ° ~ k ¢ q ¡ 4 + S ¢ ( ~ k ) = Gap de symétrie s ky kx p/a -p/a 12 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Réponse Raman théorique pour un supraconducteur  B 1 g ( 2 ) ! ' ¼ N F R e * ° ~ k ¢ q ¡ 4 + S Gap de symétrie d ¢ ( ~ k ) = c o s 2 Á ky kx p/a -p/a - + f Régions Anti-nodales Régions Nodales 13 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Réponses nodales et anti-nodales des cuprates optimalement dopés T (~100 K) > Tc YBa2Cu3O7-d HgBa2CuO4+d B1g G (p,0) (p,p) B2g G (p,0) (p,p) 14 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Réponses nodales et anti-nodales des cuprates optimalement dopés T (~100 K) > Tc T (~10 K) << Tc YBa2Cu3O7-d HgBa2CuO4+d B1g G (p,0) (p,p) B2g G (p,0) (p,p) 15 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Réponses nodales et anti-nodales des cuprates optimalement dopés Dc’’(w) = c’’(w, 10 K) - c’’(w, 100 K) YBa2Cu3O7-d HgBa2CuO4+d B1g wB1g wB1g G (p,0) (p,p) B2g wB2g G (p,0) (p,p) wB2g 16 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 ¢ & ! ´ wB1g, wB2g et 2D0 dans les cuprates optimalement dopés B Y-123 Bi-2212 La-214 Tl-2201 Hg-1201 Hg-1223 TC 92 K 90 K 37 K 95 K 130 K EB1g/kBTC 8.4 8.1* 7 7.5 7.9 8.9 EB2g/kBTC 7.2 5 6.4 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) *STM 20  8.7 kBTc et ARPES: 8.5 kBTc Compatible avec la symétrie d 1 échelle d’énergie contrôle la dynamique des quasiparticules dans l’état supraconducteur : D0 ! B 1 g ´ 2 ¢ & Remarque : 2D0 >> 2DBCS = 4.28 kBTc 17 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Plan de l’exposé Quelques propriétés des cuprates supraconducteurs Notre sonde : la diffusion Raman électronique Principes Dispositif expérimental 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 Effet des impuretés Gap supraconducteur et pseudogap Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Influence du dopage sur la dynamique des quasiparticules dans l’état supraconducteur HgBa2CuO4+d = Hg-1201 Tcmax=95K Dorothée Colson, SPEC (Saclay) TN Isolant de Mott Température Tc = 92 K p = 0.18 Supraconducteur Gap de symétrie d TC TC Tc = 63K p = 0.09 18 Dopage en trous des plans CuO2 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Evolution de la réponse anti-nodale avec le dopage Sur-dopé Tc = 92 K Hg-1201 G (p,0) (p,p) Opt.-dopé Tc = 95 K Perte très rapide de la réponse Anti-nodale B1g Sous-dopé Tc = 78 K 19 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Evolution de la réponse anti-nodale avec le dopage Isolant AF sous-dopé Isolant AF Optimalement dopé G (p,0) (p,p) sous-dopé optimalement dopé sur-dopé 20 Sugai et al., PRB 2003 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

La diffusion Raman : effets de résonance EI+ħWI Lorsque ħWI ~ Transition interbande Hg-1201 Barbiellini et Jarlborg, PRB 1994 ES=EI+ħw EF Paire e-/ trou EI Exaltation de la section efficace Raman ! 21 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Effets de résonance dans Hg-1201 B1g Pas de dépendance de l’énergie du pic avec l Disparition des phonons aux grandes longueurs d’onde Forte augmentation de la renormalisation à 647.1 nm !!! G (p,0) (p,p) 22 Le Tacon et al., PRB 2005 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Evolution des réponses nodales et anti-nodales avec le dopage Sur-dopé Tc = 92 K B2g B1g Opt.-dopé Tc = 95 K G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) lI = 514.52 nm lI = 647.1 nm Sous-dopé Tc = 63 K 23 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Evolution des réponses nodales et anti-nodales avec le dopage Sur-dopé Tc = 92 K B2g B1g Opt.-dopé Tc = 95 K G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) lI = 514.52 nm lI = 647.1 nm Sous-dopé Tc = 63 K 23 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 échelles d’énergie dans l’état supraconducteur des cuprates sous dopés AntiNoeuds Noeuds wN a Tc/Tcmax = 1 - 82.6 (p - 0.16)2 24 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 échelles d’énergie dans l’état supraconducteur des cuprates sous dopés Données des groupes de R. Hackl et S. Sugai AntiNoeuds Noeuds wN a Tc/Tcmax = 1 - 82.6 (p - 0.16)2 24 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 échelles d’énergie dans l’état supraconducteur des cuprates sous dopés STM Surdopé AntiNoeuds Sousdopé Jonctions brisées Surdopé Noeuds wN a Tc/Tcmax = 1 - 82.6 (p - 0.16)2 Sousdopé Renner et al., PRL 98 Miyakawa et al., PRL 98 Zasadzinski et al., PRL 01, etc… 24 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 échelles d’énergie dans l’état supraconducteur des cuprates sous dopés ARPES Campuzano et al., PRL99 Ding et al., PRL01 … AntiNoeuds Noeuds wN a Tc/Tcmax = 1 - 82.6 (p - 0.16)2 24 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 échelles d’énergie dans l’état supraconducteur des cuprates sous dopés 2 échelles d’énergie 1 échelle d’énergie BILAN Bonne correspondance Raman, ARPES et tunnel aux anti-noeuds Dm augmente et l’amplitude du pic de cohérence diminue quand p diminue AntiNoeuds Noeuds L’énergie caractéristique wN de la réponse nodale suit Tc wN a Tc/Tcmax = 1 - 82.6 (p - 0.16)2 24 Le Tacon et al., Nature Physics 2006 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Description BCS de la phase supraconductrice avec G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) 25 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Description BCS de la phase supraconductrice avec G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) 25 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Description BCS de la phase supraconductrice avec G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) 25 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Description BCS de la phase supraconductrice avec G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) , 25 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 hypothèses à revoir : - Simple forme cos(2f) pour le gap Quasiparticules BCS sans interactions 26 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 hypothèses à revoir : ARPES dans Bi-2212 - Simple forme cos(2f) pour le gap Quasiparticules BCS sans interactions Mesot et al. PRL 1999 Borisenko et al. PRB 2002 ARPES dans Bi-2212 McElroy et al., Nature 2003 FT-STM (Bi-2212) Voir aussi McElroy, Nature 2003 !!!! Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 hypothèses à revoir : G G - Simple forme cos(2f) pour le gap Quasiparticules BCS sans interactions G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) 27 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 hypothèses à revoir : G G - Simple forme cos(2f) pour le gap Quasiparticules BCS sans interactions G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) 27 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 hypothèses à revoir : G G - Simple forme cos(2f) pour le gap Quasiparticules BCS sans interactions G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) 27 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 hypothèses à revoir : G G - Simple forme cos(2f) pour le gap Quasiparticules BCS sans interactions G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) 27 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Bilan : INSUFFISANT ! 2 hypothèses à revoir : G G - Simple forme cos(2f) pour le gap Quasiparticules BCS sans interactions G (p,0) (p,p) Bilan : Le B1g ne perd pas son intensité suffisamment rapidement G (p,0) (p,p) Le B2g s’élargit mais ne se déplace pas vraiment INSUFFISANT ! 27 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Bilan : INSUFFISANT ! 2 hypothèses à revoir : G G - Simple forme cos(2f) pour le gap Quasiparticules BCS sans interactions G (p,0) (p,p) Bilan : Le B1g ne perd pas son intensité suffisamment rapidement G (p,0) (p,p) Le B2g s’élargit mais ne se déplace pas vraiment INSUFFISANT ! Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Dans notre approche : ZL(k) = paramètre phénoménologique Réponse Raman d’un supraconducteur Quasiparticules en interaction A. Georges et G. Kotliar Z A(k,w) xk A(k,w) Quasiparticule Z(k) Excitations Incohérentes 1-Z(k) xk+S’ Interactions L Corrections de vertex : L(k) Renormalisation des interactions entre QP par les processus incohérents. Dans notre approche : ZL(k) = paramètre phénoménologique 28 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

R Â ( ! ) d / p a Poids spectral, dopage et Raman ­ N Réponse nodale (B2g) à basse énergie : Procédure de normalisation des spectres : (A. Georges et G. Kotliar) dans isolant de Mott dopé réponse B2g a dopage p cf. Bi-2212 Opel et al., PRB 2000 Y-123 Hackl et al., M2S 2006 R ­ Â N ( ! ) d / p a est indépendant du dopage dans la région p ~ 0.1 – 0.2 Diminution de vD avec le sous-dopage Diminution de (ZL)N 29 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Anisotropie de la diminution de Z Ca2-xNaxCuO2Cl2 Shen et al., Science 2005 Sous dopage 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…. 30 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

¢ v 1 Évolution de la forme du gap : 2 Ingrédients pour une description phénoménologique du sous-dopage dans les cuprates 1 Évolution de la forme du gap : augmente lorsque p diminue ¢ m diminue lorsque p diminue v ¢ 2 Diminution anisotrope du poids spectral des quasiparticules 31 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Description phénoménologique du sous-dopage (p,p) G (p,0) (p,p) 32 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Description phénoménologique du sous-dopage (p,p) G (p,0) (p,p) 32 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Description phénoménologique du sous-dopage (p,p) G (p,0) (p,p) 32 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Description phénoménologique du sous-dopage (p,p) G (p,0) (p,p) 32 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Description phénoménologique du sous-dopage L’essentiel de nos observations expérimentales est capturé par ce modèle très simple : - Comportement opposé des réponses nodales et anti-nodales avec le sous-dopage - Pente constante du B2g à basse énergie - Disparition du B1g avec le sous-dopage G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) 32 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Description phénoménologique du sous-dopage Bonn et al., 96 Panagopoulos et al., 98 Durst et Lee PRB 2000 Cohérent avec la dépendance en T de la densité superfluide où ½ S ( T ) = ¡ ¯ + ¢ - Pente constante du B2g à basse énergie G (p,0) (p,p) G (p,0) (p,p) 32 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Plan de l’exposé Quelques propriétés des cuprates supraconducteurs Notre sonde : la diffusion Raman électronique Principes Dispositif expérimental 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 Effet des impuretés Gap supraconducteur et pseudogap Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Effet des impuretés YBa2(Cu1-xMx)3O7-d TcMax = 93 K (Dorothée Colson) M = Ni M = Zn TN Isolant de Mott Température TC 33 Dopage en trous des plans CuO2 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Effet des impuretés B1g G … non-magnétiques (Zn) … magnétiques(Ni) Tc = 92.5 K (YBCO pur) … magnétiques(Ni) Tc = 87.5 K (YBCO + Zn 0.3%) Tc = 92.5 K (YBCO pur) Tc = 83 K (YBCO +Zn 0.7%) Tc = 87 K (YBCO + Ni 1%) Tc = 73 K (YBCO + Zn 1.5%) B1g G (p,0) (p,p) Tc = 78 K (YBCO + Ni 3%) Tc = 64 K (YBCO + Zn 2%) 34 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Effet des impuretés B1g G … non-magnétiques (Zn) Effet des impuretés Tc = 92.5 K (YBCO pur) … magnétiques(Ni) Tc = 87.5 K (YBCO + Zn 0.3%) Effets qualitativement similaires pour les 2 types d’impuretés Diminution de l’intensité de la réponse Pas de déplacement de wB1g Tc = 92.5 K (YBCO pur) Tc = 83 K (YBCO +Zn 0.7%) Tc = 87 K (YBCO + Ni 1%) Tc = 73 K (YBCO + Zn 1.5%) B1g G (p,0) (p,p) Tc = 78 K (YBCO + Ni 3%) Tc = 64 K (YBCO + Zn 2%) 34 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Impuretés magnétiques Effet des impuretés B2g G (p,0) (p,p) Pas d’impuretés Impuretés magnétiques Impuretés non-magnétiques Disparition totale de la réponse supraconductrice !!! 35 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Le point de vue de l’ARPES 1 Irradiation électronique ( Zn) Impuretés 2 Terashima et al., JPCS 06 36 Vobornik et al., PRL 99 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Bilan Impuretés AN : Difficilement compatible avec Diminution de Tc Disparition de la réponse nodale Perte d’intensité de la réponse antinodale Pas de déplacement du pic antinodal (p,p) (0,0) AN : Difficilement compatible avec un gap supraconducteur Supraconducteur d-wave « propre » d-wave + impuretés Haas et al, PRB 97 37 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Rappel des principaux résultats présentés : Pas de lien direct entre wB1g (« 2D0 ») et Tc cas du dopage cas des impuretés gap supraconducteur ?? en revanche En fonction du dopage : ! B 2 g ´ N / T c Meilleur candidat wN a Tc/Tcmax = 1 - 82.6 (p - 0.16)2 38 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Vraie nature de la réponse anti-nodale ? Signature du pseudogap dans l’état supraconducteur ? Gap partiel sur la surface de Fermi S’ouvre à T* > Tc (0,0) a b c (p,0) (0,p) (p, p) Norman et al., Nature 1998 Dopage : ! A N ´ B 1 g / T ¤ Effet des impuretés ??? Kaminski, PRL 2003 Campuzano, Cond-mat/0209476 wN a Tc/Tcmax = 1 - 82.6 (p - 0.16)2 T* insensible aux impuretés ! (Alloul PRL91, Mahajan PRL 94, Yamamoto PRB 02) 39 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

2 gaps distincts vus dans l’état supraconducteur des cuprates Réponse anti-nodale a T* : signature du pseudogap Réponse nodale a Tc : signature du gap supraconducteur Evolutions indépendantes avec le dopage Favorise les scenarii « ordres en compétitions » Ordre de charge ? (Hoffman, Science 2002) Boucles de courants ? (Fauqué, PRL 2006) 40 Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Quelques perspectives : Conclusions : Différence entre les quasiparticules nodales et antinodales : Deux dynamiques de charges contrôlées par deux échelles d’énergies distinctes dans la phase supraconductrice des cuprates sous dopés 1 Dopage Impuretés AN : signature du pseudogap a T* N : signature du gap supra a Tc 2 Perte de cohérence très anisotrope des quasiparticules supraconductrices dans la phase sous-dopée Mesures de longueur de pénétration, d’ARPES Approches théoriques modernes de la transition Métal-Isolant à 2D 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 ??) Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006

Remerciements : 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 Dorothée Colson, Anne Forget 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 !!! Soutenance de thèse – Paris, le 13 Novembre 2006