Étude des transitions de phases quantiques supraconducteur -- isolant, métal -- isolant dans des matériaux amorphes désordonnés proches de la dimension 2 - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Study of Quantum Phase Transition Superconductor -- Insulator, Metal -- Insulator in disordered, amorphous materials near the dimension 2

Étude des transitions de phases quantiques supraconducteur -- isolant, métal -- isolant dans des matériaux amorphes désordonnés proches de la dimension 2

Résumé

The understanding of the effect of disorder on the superconductivity remains a major issue in solid state physics. This problem involves the competition between the disordered-induced localization that leads to an insulator and the formation of the Cooper pairs that leads to an infinite conductivity. These effects are dramatic in dimension 2, the lower dimension for the existence of either a metal or a superconductor. The system is often described by a Superconductor -- Insulator Transition (SIT) and is interpreted as a Quantum Phase Transitions, that occur at and induced by a parameter crossing a critical value. Among these parameters, for example intrinsic to the system, we can cite the electronic density of state, the microscopical disorder and the thickness. The NbSi alloy is of great interest for the study of the SIT. The material is homogeneous and amorphous down to 2.5nm and up to 250 of annealing. We observed a SIT induced by the composition, the annealing and the thickness, that we compared to the fermionic theories (Finkel'stein) relying on the weakening of the superconductivity by disorder, and the bosonic theories (Dirty Boson Model, Fisher), relying on the Cooper pairs localization. Theses experiments undermine the idea that a unique parameter such as the sheet resistance or the product of the Fermi wave vector and the electron mean free path can describe all disorder. They especially outline the specific effect of the thickness. Moreover, we study the metallic state that appears at the lowest temperature between the superconductive and the insulating states, that contradicts the dogma according to which no metal can exist at 2D. The phase diagram we obtain with these samples is well interpreted with the Bose Metalconcept of Das Doniach. The NbSi is thus a promising system for an advance study of this new metallic state.
La compréhension du rôle du désordre sur la supraconductivité reste un problème fondamental de la physique du solide. Ce sujet illustre la compétition entre les phénomènes de localisation par le désordre qui conduisent à des isolants et la formation de paires de Cooper qui conduit à une conductivité infinie. Ces effets prennent un caractère spectaculaire en dimension 2, dimension limite pour l'existence de l'état métallique ou de l'état supraconducteur. Généralement le système décrit une Transition directe Supraconducteur -- Isolant (TSI) qui a les caractéristiques d'une Transition de Phase Quantique, transitions définies à T=0 et provoquées par le franchissement d'une valeur critique par le paramètre moteur de la transition. Parmi ces paramètres (intrinsèques au système), on peut citer la densité d'états électroniques, le désordre microscopique et l'épaisseur. L'alliage Nb(x)Si(1-x) est un matériau particulièrement intéressant pour l'étude de cette TSI. Le matériau est amorphe et homogène jusqu'à des épaisseurs de 2,5 nm et des températures de recuit de 250°C et nous observons une TSI induite par la composition, le recuit et l'épaisseur, que nous avons étudiée par rapport aux théories fermionique (Finkel'stein) d'affaiblissement de la supraconductivité par le désordre et bosonique (Dirty Boson Model de Fisher) s'interprétant par la localisation des paires de Cooper. Ces expériences remettent en cause la possibilité de réduire la mesure du " désordre " par un unique paramètre tel que la résistance carrée ou le produit k_F l du vecteur d'onde de Fermi par le libre parcours moyen électronique. En particulier, elles soulignent l'effet spécifique de l'épaisseur. Par ailleurs, pour certaines valeurs des paramètres, nous observons une phase " métallique " qui apparaît à très basse température entre les phases supraconductrices et isolantes, contredisant les théories de la non-existence d'un métal à 2D. Nous avons montré que le diagramme de phase associé à ces échantillons pouvait s'interpréter en introduisant le concept de " métal de Bose", prédit par Das & Doniach. Le Nb(x)Si(1-x) est donc un système prometteur pour l'étude plus approfondie de ce nouvel état métallique.
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Dates et versions

tel-00579256 , version 1 (23-03-2011)
tel-00579256 , version 2 (23-03-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00579256 , version 2

Citer

Olivier Crauste. Étude des transitions de phases quantiques supraconducteur -- isolant, métal -- isolant dans des matériaux amorphes désordonnés proches de la dimension 2. Supraconductivité [cond-mat.supr-con]. Université Paris Sud - Paris XI, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00579256v2⟩
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