Gap et Pseudo Gap dans les cuprates supraconducteurs – GAPSUPRA

La compréhension de la supraconduction dans les materiaux à base d'oxydes de cuivre appelés cuprates, reste un défi majeur pour la physique des matériaux car elle remet en question les concepts établis au siècle dernier où la supraconductivité jaillisait d'un état métallique. Dans le cas des cuprates, la supraconductivité émerge d'un état de la matiere dont la nature n'est toujours pas identifiée et encore moins comprise. De nombreuses expériences ont ete réalisées, plusieurs théories proposées sans pour autant percer le mystère de la supraconductivité des cuprates. Cependant, nous sommes arrivés aujourd'hui à un moment clef de l'histoire de la supraconductvité des cuprates où finalement les progrès dans l'élaboration de ces derniers et les avancées technologiques sont tels que les experiences apportent enfin des résultats fiables et reproductibes. En conséquence, et c'est là l'un des points clefs de notre projet, des études comparatives peuvent être menées entre différentes techniques expérimentales. Nous proposons ici de reunir trois équipes expérimentales (Raman, Infrarouge et Tunnel) reconnues pour leur travaux sur les cuprates, pour aborder l'une des questions fondamentales que posent les cuprates: quel est le lien entre la phase supraconductrice et la phase dite de pseudogap ? La phase de pseudogap désigne une suppression partielle des degrés de liberté des porteurs dans l'état normal. En réalité, cette question en soulève d'autres : la phase de pseudogap se prolonge t'elle dans l'état supraconducteur ? Si oui, peut-on associer deux échelles d'énergie distinctes au gap et au pseudogap? Existe t'il pour les cuprates une relation de proportionnalité entre le gap et la température critique (Tc) comme c'est le cas des supraconducteurs classiques ? Si c'est le cas, qu'en est-il du pseudogap et de sa relation à Tc? Enfin, les phases pseudogap et supraconductrice sont-elles disjointes spatialement où bien coexistent elles? Pour aborder ces questions de fond nous avons choisi une nouvelle approche qui consiste à concentrer nos recherches sur deux systèmes modèles: les cuprates monoplans, c'est à dire des cuprates qui ne possèdent qu'un seul plan cuivre/oxygène mais qui peuvent avoir des températures critiques différentes. Il s'agit des mercures monoplans de Tc max=95 K et des bismuth monoplans de Tc max =20 K. Le premier intérêt de ces structures est de pouvoir sonder directement les excitations électroniques du plan cuivre/oxygène où siège la supraconductivité. Le second est que le mercure monoplan ayant une Tc élevée, permet l'exploration de l'état supraconducteur sur une large gamme de température en dessous de Tc. En revanche, le bismuth monoplan qui a une Tc faible permet de manière complémentaire, l'exploration de l'état normal et donc du pseudogap sur une large gamme de température au dessus de Tc. De plus, sa Tc étant faible, il est possible sous champ magnétique de détruire son état supraconducteur et de révéler son état normal et son pseudogap. Enfin, le troisième avantage qui n'est pas le moindre, c'est que nous contrôlons pour ces deux systèmes, le nombre de porteurs par recuit sous oxygène grâce à nos collaborations avec les chimistes. Nous pouvons donc balayer le diagramme de phase des cuprates du régime sous dopé au régime sur dopé en porteurs et étudier la relation ente gap et pseudogap en fonction du dopage. Les spectroscopies Raman, Infrarouge et Tunnel sont spécialement adaptées à l'étude du gap et du pseudogap car elles sondent les excitations de charges qui sont altérées par la redistribution des états électroniques provoquées par le gap et le pseudogap. Ces trois sondes apporteront des éclairages complémentaires : le Raman est une sonde à la fois en énergie et en impulsion ce qui n'est pas le cas de la conductivité optique et pas directement le cas du Tunnel. Par contre la conductivité optique couvre une large gamme spectrale qui permet de suivre la redistribution des excitations des basses vers les hautes