Transport d'entropie, thermoélectricité dans les supraconducteurs non conventionnels - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2004

Entropy transport and thermoelectricity in non conventionals superconductors

Transport d'entropie, thermoélectricité dans les supraconducteurs non conventionnels

Résumé

During these last fifteen years, Nernst effect has attracted much attention. This was particularly due to its behavior in high Tc superconducting hole doped cuprates. Indeed, it has been reported in these compounds that a finite Nernst effect persists, in magnetic field and in temperature, outside of the superconducting phase, although Nernst effet is supposed to be, in the case of simple metals, nonzero only in the vortex phase. This result was of importance because it supported experimentally, among other results, a scenario of preformed pairs and vortex-like excitations in the normal phase of the hole doped cuprates. However, the interpretation of the Nernst effect suffer from a lack of experimental datas in other strongly correlated electrons systems. This has initiated the work of this thesis, which contains results obtained from 2001 to 2004 in the Laboratoire de Physique Quantique - ESPCI in Paris, and which consists mostly in measurements of Nernst effect in another class of strongly correlated electrons compounds : the heavy fermions. More precisely, we performed measurements of Nernst effet at zero pressure for temperatures lying between 1.5K and 50K and for magnetic fields below 12T, in three different compounds : CeCoIn5, URu2Si2 and CeRu2Si2. These measurements are, nowadays, the sole results of Nernst effect available on heavy fermions compounds. \vspace(12pt) In the three cases, we discovered in the metallic phase the emergence of a giant Nernst effect which amplitude (some µV/KT) is by several order of magnitude higher than what is expected in a simple metal, and which reaches the characteristic size of the vortex signal in the mixed phase of cuprates. More precisely, CeCoIn5 hosts a very large \emph(negative) Nernst effect in the non Fermi liquid part of its phase diagram associated to the presence of a quantum critical point at B_c=5T. However, the Nernst effet does not show any anomaly at B_c, but much more in the B=0 limit where the Nernst coefficient reaches 1µV/KT. The emergence of a strong positive Nernst effect in URu2Si2 in concomitant to the entrance in the so called hidden order phase. Here again, the Nernst coefficient reaches its maximum of 4µV/KT at low field, and is the largest Nernst effect ever measured in a metallic phase. Finally, the Nernst effect seems to be strongly affected by the metamagnetism in CeRu2Si2. Indeed, it presents, at the metamagnetic transition, a change of sign which coincides with the maximum in specific heat. Very strikingly, in the three compounds, the emergence of a large Nernst effect coincide with the presence of a large Hall effect ; moreover, especially in CeCoIn5 and CeRu2Si2, the structure of Hall and Nernst effect are quite similar. The existence of this signal still remains intriguing, particularly in absence of systematic measurements in other heavy fermions compounds. However, but in a very simple way, we showed that the mass renormalisation might be an ingredient at the origin of this giant Nernst effect. Moreover, for each compound, several scenarios can be proposed to explain this emergence : proximity to a quantum critical point, antiferromagnetic fluctuations, density waves... We have discussed at the end of this thesis several scenarios and proposed possible measurements to confirm or infirm this propositions.
L'effet Nernst a connu, ces quinze dernières années, un regain d'attention, en particulier en raison de son comportement dans les cuprates supraconducteurs à haute température critique dopés aux trous. En effet, on observe dans ces composés la persistance tant en température qu'en champ magnétique d'un signal Nernst fini en dehors de la phase supraconductrice, alors que ce dernier n'est censé être non nul, dans le cas de métaux simples, que dans la phase vortex. Ce résultat a revêtu une certaine importance en ce sens qu'il appuyait expérimentalement, parmi d'autres résultats, un scénario de type paires préformées et excitations de type vortex dans la phase normale des cuprates dopés aux trous. Cependant, l'interprétation de l'effet Nernst souffre d'un manque de données expérimentales dans d'autres systèmes à électrons fortement corrélés. C'est initialement ce qui a motivé le travail de cette thèse, qui rassemble des résultats obtenus de 2001 à 2004 au Laboratoire de Physique Quantique - ESPCI à Paris, et qui est majoritairement constitué de mesures d'effet Nernst dans une autre classe de composés à électrons fortement corrélés : les fermions lourds. Plus particulièrement, nous avons mesuré l'effet Nernst à pression nulle dans une fenêtre de température comprise entre 1,5K et 50K et pour des champs magnétiques de 0 à 12T, dans trois composés : CeCoIn5, URu2Si2 et CeRu2Si2. Ces mesures constituent, à l'heure actuelle, les seules mesures d'effet Nernst effectuées sur des fermions lourds. Dans les trois cas, nous avons découvert dans la phase métallique l'émergence d'un effet Nernst géant dont l'amplitude dépasse de plusieurs ordres de grandeur la taille du signal attendu dans un métal simple, et qui atteint celle caractéristique des vortex dans la phase mixte des cuprates, à savoir quelques µV/KT. Plus particulièrement, CeCoIn5 héberge un effet Nernst négatof très important dans la partie non liquide de Fermi de son diagramme de phase, associée à la présence d'un point critique à Bc=5T. Cependant, l'effet Nernst que nous avons mesuré ne présente aucune anomalie à Bc, mais plutôt dans la limite B=0T, où le coefficient Nernst atteint 1µV/KT. L'émergence d'un effet Nernst positif important dans URu2Si2 coïncide avec l'entrée dans la phase ordre caché, et encore ici c'est à bas champ que le coefficient Nernst atteint son maximum de 4µV/KT, qui constitue le plus grand effet Nernst jamais mesuré dans une phase métallique. Enfin, c'est le métamagnétisme de CeRu2Si2 qui semble particulièrement affecter l'effet Nernst, puisque celui-ci présente, à Hm, un changement de signe particulièrement prononcé et coïncidant avec le maximum de chaleur spécifique. Par ailleurs, une des caractéristiques générales frappantes de cette émergence est qu'elle coïncide, dans les trois composés, avec la présence d'un angle de Hall également très élevé, et dont, en particulier dans CeCoIn5 et CeRu2Si2, la structure est assez proche de celle de l'effet Nernst. La présence de ce signal reste encore aujourd'hui particulièrement intrigante, en particulier en l'absence de mesures systématiques sur d'autres composés aux fermions lourds. Cependant, mais de façon très schématique, nous avons montré que la renormalisation de la masse pouvait être un ingrédient à l'origine de cet effet Nernst géant. De plus, pour chacun des composés des pistes peuvent être avancées pour déterminer l'origine de cet émergence : proximité d'un point critique quantique, fluctuations antiferromagnétiques, ondes de densité... Nous discutons en fin de cette thèse les divers scénarios et proposons des mesures futures afin de confirmer ou d'infirmer ces diverses propositions.
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Dates et versions

tel-00007955 , version 1 (07-01-2005)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00007955 , version 1

Citer

Romain Bel. Transport d'entropie, thermoélectricité dans les supraconducteurs non conventionnels. Matière Condensée [cond-mat]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00007955⟩

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