Underlying electronic orders of the phase diagram of cuprates probed by Raman spectroscopy
Ordres électroniques sous-jacents du diagramme de phases des cuprates étudiés par spectroscopie Raman
Résumé
Superconductivity is a state of matter in which materials stop displaying electrical resistance. This property forms the basis to numerous technological advances and it could revolutionize the way we carry and store energy. Unfortunately, this state only reveals itself at very low temperatures.In order to avoid this limitation, a better understanding of the microscopic processes giving rise to superconductivity is needed. Unfortunately, the theories that were devised in the 50s do not apply to a certain class of superconductors, dubbed as non-conventional.Among those non-conventional superconductors, cuprates, discovered in 1986, form the subject of this thesis. They possess a rather high superconducting transition temperature, and they display numerous electronic orders which interact or compete with superconductivity.Thanks to electronic Raman spectroscopy, an optical measurement technique allowing one to probe the electronic excitations of a material and to determine their symmetry, we study several orders of the cuprate phase diagram.In Bi-2212, a bismuth-based cuprate, we study the nematic fluctuations that were recently discovered in the normal state, and we try to assess whether a nematic order is behind the pseudogap phase of cuprates. Our results seem to indicate that it is not the case, though nematic fluctuations are enhanced at the closing of the pseudogap phase, which coincides with a Lifshitz transition in Bi-2212.In the mercury-based cuprates Hg-1201 and Hg-1223, we measure for the first time the evolution of the energy of the superconducting gap under hydrostatic pressure. We highlight an unexpected collapse of this energy at the anti-nodes. Our measurements shed light on the relationship between doping and pressure in cuprates, as well as on the doping control in Hg-1223, and on the effect of pressure upon the modes of mechanic vibration in mercurates.
La supraconductivité est un état de la matière dans lequel les matériaux ne présentent plus de résistance électrique. Cette propriété est à la source de nombreux développements technologiques et pourrait révolutionner le transport et le stockage de l’énergie.Malheureusement, cet état ne se manifeste qu’à très basse température.Pour contourner cette limitation, une meilleure compréhension des mécanismes microscopiques à l’origine de la supraconductivité est nécessaire. Malheureusement, les théories élaborées dans les années 1950 ne s’appliquent pas à certains supraconducteurs, dits non-conventionnels.Parmi ces supraconducteurs non-conventionnels, les cuprates, découverts en 1986, font l’objet de cette thèse. Ils possèdent une température de transition supraconductrice relativement élevée, et présentent de nombreux ordres électroniques qui interagissent ou entrent en compétition avec la supraconductivité.Grâce à la spectroscopie Raman électronique, une technique de mesure optique permettant de sonder les excitations électroniques d’un matériau et de déterminer leur symétrie, nous étudions plusieurs ordres du diagramme de phases des cuprates.Dans Bi-2212, un cuprate à base de bismuth, nous étudions les fluctuations nématiques découvertes récemment dans l’état normal, et nous cherchons à savoir si un ordre nématique est à l’origine de la phase de pseudogap des cuprates. Nos résultats semblent indiquer que ce n’est pas le cas, mais que les fluctuations nématiques sont néanmoins renforcées à la fermeture de la phase pseudogap, qui coïncide avec une transition de Lifshitz dans Bi-2212.Dans les cuprates à base de mercure Hg-1201 et Hg-1223, nous mesurons pour la première fois l’évolution de l’énergie du gap supraconducteur sous pression hydrostatique. Nous mettons en évidence une chute inattendue de cette énergie aux anti-nœuds. Nos mesures nous éclairent sur les liens entre dopage et pression dans les cuprates, ainsi que sur le contrôle du dopage dans Hg-1223, et sur l’effet de la pression sur les modes de vibration mécanique dans les mercurates.
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