Supraconducteurs en champ magnétique intense – SUPERFIELD

La compréhension de l'état normal des supraconducteurs à haute température est un des défis majeurs en physique de la matière condensée. Ce sujet a pris une nouvelle tournure au cours des dernières années. Tout d'abord, des expériences (par les partenaires 1 et 2) de transport et de résonance magnétique nucléaire (RMN) en champ magnétique assez intense pour affaiblir la supraconductivité ont révélé que celle-ci était en compétition étroite avec un ordre de stripes (un état où les charges électroniques s'alignent en filaments linéaires) dans le cuprate sous-dopé le plus pur YBa2Cu3Oy. Ces résultats ont reçu une très grande reconnaissance internationale en raison de leur impact potentiel sur notre compréhension de la supraconductivité à haute Tc. Deuxièmement, l'interprétation très répandue du « pseudogap » en termes de paires préformées a été remise en cause par plusieurs travaux, en particulier ceux du partenaire 3 qui ont fondamentalement changé notre compréhension de l'effet Nernst dans les métaux et les supraconducteurs.

Notre projet vise à comprendre l’ordre de stripes et le pseudogap des supraconducteurs à haute Tc. Une partie importante de notre stratégie expérimentale réside dans l'utilisation des champs magnétiques élevés. Deux axes de recherche seront poursuivis:

1) Etude des propriétés électroniques des cuprates, notamment en champ magnétique intense.
Des mesures de magnétotransport, d'oscillations quantiques, d’ultrasons et de RMN seront effectuées dans des monocristaux de YBCO, Tl2201 et Hg1201. Notre collaboration vise à déterminer si l'ordre de charges (stripes statiques) et/ou un ordre nématique (stripes fluctuantes) jouent un rôle central dans la physique des cuprates et dans le mécanisme de supraconductivité. Pour cela, la compétition entre supraconductivité et ordre de stripes sera étudiée en fonction du champ afin d’en établir une description microscopique. La dépendance de l’ordre de charges en fonction du dopage et en fonction du matériau sera étudiée comme test du caractère générique du phénomène. Les connexions possibles entre les stripes de charge (probablement fluctuantes) et le pseudogap seront explorées.

2) Etude des fluctuations supraconductrices dans les supraconducteurs de faible densité.
La question des fluctuations supraconductrices et/ou de phase est au centre du débat sur le pseudogap des cuprates. Nous considérons que ce problème doit d’abord être abordé dans des supraconducteurs conventionnels. Nous effectuerons des mesures d'effet Nernst dans des supraconducteurs (SrTiO3 dopé, CuxBi2Se3, YbPtBi) où la faible densité de porteurs devrait engendrer de fortes fluctuations de la phase. Nous étudierons si ces fluctuations de phase affectent la validité de la théorie standard des fluctuations gaussiennes. Une meilleure compréhension de l'effet Nernst et notamment des signatures des fluctuations supraconductrices dans l’effet Nernst, sera cruciale pour l'interprétation des mesures, très controversées, d’effet Nernst dans les cuprates HTc.

Ce projet sera piloté par le partenaire 1 (LNCMI-Grenoble, coordinateur: M.-H. Julien), en étroite collaboration avec les responsables scientifiques des partenaires 2 (LNCMI-Toulouse, C. Proust) et 3 (LPEM-Paris, K. Behnia). Les membres du consortium sont des experts reconnus de l’étude des supraconducteurs en conditions extrêmes. Dans leurs domaines d'expertise respectifs, ils ont démontré leur capacité à accomplir des expériences de pointe et à produire des résultats au fort impact international. Un aspect essentiel de notre travail réside dans une stratégie coordonnée entre les partenaires 1 et 2. Nous sommes convaincus que la combinaison de mesures macroscopiques et microscopiques sur les mêmes échantillons est essentielle pour la compréhension de la supraconductivité à haute température.