Thermodynamique des vortex dans les supraconducteurs désordonnés - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2009

Thermodynamics of vortices in disordered supraconductors

Thermodynamique des vortex dans les supraconducteurs désordonnés

Résumé

The emergence of the High Temperature Superconductors (HTSC) has not only profoundly affected solid state physics, it has also provoked a revolution in the understanding of the behaviour of quatized vortex lines that traverse the superconducting material when this is placed in a magnetic field. Owing to the conspiracy of extreme parameter values characterizing High Temperature Superconductors, all physical properties of flux vortices, their dynamics, and their phase diagram in the (B,T) plane could now be studied in hitherto inaccessible detail. Thus, it was established that the true phase transition to the superconducting state occurs nt at the upper critical field Bc2, but at the melting transition of the vortex ensemble. In disordered superconductors, an entirely new phenomenology, linked to flux line pinning by material defects, appeared. New thermodynamic vortex phases have been postulated, and sometimes found. The aim of this document is to take a critical look at the mechanism leading to the melting transition of the vortex ensemble in HTSC, as well as at the role played by material disorder on vortex physics. First and foremost, the materials under study are characterized. that is, not only are their fundamental parameters such as the critical temperature, critical fields, and penetration depth established, but also their purity and the nature of the disorder they contain. In this, the present work finds all its meaning in having been performed at the Laboratoire des Solides Irradiés, whose primary goal is to investigate the role of material disorder introduced by irradiation on materials and physics. We then study the vortex melting transition in Bi2Sr2CaCu2O8 by a method that is peculiar to layered superconductors: the Josephson Plasma Resonance. This technique will allow us to evaluate the average thermal displacements of the vortex lines in the vicinity of the transition, in as-grown as well as in irradiated crystals. The role of crystalline disorder is also studied from a point of view that was entirely new at the time of publishing: the study of the change in thermodynamic quantities provoked by crystalline disorder, rather than that of their effect on transport quantities. finally, we conclude on how these two approaches can help us understand the flux line phase diagram in superconductors with artificially introduced controlled disorder.
L'avènement des supraconducteurs à haute température critique (SHTc) a non seulement bouleversé les notions fondamentales de la physique des solides, il a aussi provoqué une révolution dans la compréhension du comportement des lignes de flux magnétiques quantifiés qui traversent le matériau supraconducteur lorsqu'il est exposé à un champ magnétique. Grâce à la coincidence des valeurs extrèmes des paramètres caractérisant la supraconductivité dans les SHTc, les propriétés physiques des vortex, leur dynamique, et leur diagramme de phases dans le plan (B,T) ont pu être étudiés dans un détail jusque-là inaccessible. Il a ainsi été établi que la véritable transition de la phase supraconductrice vers la phase normale n'a pas lieu au deuxième champ critique Bc2, mais à la transition de fusion de l'ensemble des lignes de flux. Dans des matériaux supraconducteurs désordonnés, il apparaît une nouvelle phénoménologie, liée à l'ancrage des lignes de flux sur les défauts du matériau. De nouvelles phases thermodynamiques de vortex ancrés ont été postulés, et, dans certains cas, trouvées. Le but de ce document est de porter un regard critique sur le mécanisme menant à la transition de fusion de l'ensemble des vortex dans les SHTc, ainsi que sur le rôle du désordre cristallin dans la physique des lignes de flux. L'approche première est de, avant tout, caractériser au mieux les matériaux avec lesquels on travaillera par la suite. Cette caractérisation inclut non seulement la mesure des principaux paramètres de la supraconductivité: température critique, longueur de pénétration, champs critiques; mais aussi le contrôle de la pureté des matériaux et du désordre cristallin éventuel. Dans cette optique, le travail s'inscrit dans la mission du Laboratoire des Solides Irradiés, qui est d'accéder à la physique des matériaux en contrôlant le désordre par irradiation. On essaiera ensuite d'attaquer la transition de fusion par l'emploi d'une méthode originale, utilisable dans les SHTc lamellaires comme le Bi2Sr2CaCu2O8 : la Résonance de Plasma Josephson. Cette technique permettra d'évaluer les excursions thermiques moyennes des lignes de flux au voisinage de la transition, dans des cristaux bruts de croissance et irradiés. Le rôle du désordre cristallin est étudié également par une approche novatrice: c'est l'étude de la modification des propriétés thermodynamiques par le désordre, plutôt que les propriétés de transport. Enfin, on conclut sur comment ces approches peuvent nous aider à comprendre le diagramme de phases des lignes de flux dans des supraconducteurs désordonnés de manière contrôlée.
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Dates et versions

tel-00483670 , version 1 (16-05-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00483670 , version 1

Citer

Cornelis Jacominus van Der Beek. Thermodynamique des vortex dans les supraconducteurs désordonnés. Physique [physics]. Université Paris Sud - Paris XI, 2009. ⟨tel-00483670⟩
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