Etablissement Université d’Oran1 - Ahmed Ben Bella Affiliation Département de Physique Auteur BECHLAGHEM, Ali Directeur de thèse BOURBIE

Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement Université d’Oran1 - Ahmed Ben Bella Affiliation Département de Physique Auteur BECHLAGHEM, Ali Directeur de thèse BOURBIE Djilali (Professeur) Filière Physique de Solide Diplôme Doctorat Titre Effets des phonons et des excitations magnétiques dans les supraconducteurs à base d’oxyde de cuivre étudiés dans le modèle de singularité de van Hove Mots clés Supraconductivité; Singularité de Van Hove; Gap supraconducteur;Pseudogap; Effet isotopique; Phonons; Excitations magnétiques; Masse effective; Energie de Debye; Constante de couplage. Résumé Les Supraconducteurs à base d’oxyde de cuivre sont caractérisés par leur haute température critique et leur forte anisotropie. Ils sont formés de un, deux ou trois plans de cuivre CuO2 séparés par d’autres plans qui sont isolants ou simplement métalliques et qui constituent des réservoirs de charges Ces nouveaux supraconducteurs sont composés de cinq familles principales :- les composés au Lanthane pour lesquels la température critique maximale est 38 K,- les composés à l’Yttrium pour lesquels la température critique maximale est 92 K,- les composés au Bismuth pour lesquels la température critique maximale est 110 K,- les composés au Thallium pour lesquels la température critique maximale est 125 K,- les composés au Mercure pour lesquels la température critique maximale est 135 K, La forte anisotropie des ces composés se traduit par des grandeurs physiques anisotropes. ils ont une résistivité faibles dans les plans ab que dans la direction c. Le gap est anisotrope large dans les plans ab que dans la direction c. De plus la longueur de cohérence est faible dans les plans ab et large dans la direction c. On conclut que les plans CuO2 sont responsable de l’antiferromagnétisme est la supraconductivité. Deux caractéristiques essentielles à tous ces composés : la bidimensionnalité de leur structure cristalline dérivée de la structure pérovskite et la valence mixte Cu2+ - Cu3+. Cette valence mixte est responsable des propriétés électriques de ces matériaux puisque le nombre de porteurs de charges va dépendre du taux de cuivre formellement trivalent ; en fait le trou porté par cuivre Cu3+ est transféré sur la bande des oxygènes voisins où il est délocalisé. Lorsque le dopage augmente, la température de transition supraconductrice atteint son maximum à et à pour les composés La2-xSrxCuO4 et YBa2CuO6+x respectivement. Au de-là du dopage optimal, la supraconductivité tend à disparaitre dans le composé La2-xSrxCuO4 quand sa densité en trou O- augmente beaucoup c’est-à-dire pour une meilleure situation métallique : ceci peut être lié au fait que la bonne mobilité des trous détruit complètement l’A.F. responsable de l’interaction attractive. La température critique dépend fortement du dopage. Il existe un dopage optimal pour lequel la température critique est maximale. Au-delà de ce dopage optimal ( ), la température critique décroit rapidement, par exemple diminue de 90 K à 14 K pour le composé au Thallium Tl2Ba2CuO6+x fortement dopé et si x augmente encore s’annule et la supraconductivité disparait. De même si on s’écarte du dopage optimal d’un coté ou d’un autre la température critique décroit et disparait pour le composé au Bismuth. Contrairement aux supraconducteurs classiques, ces composés possèdent des plans CuO2 qui sont responsables de leurs propriétés électroniques. La structure électronique de ces plans montre qu’il Il apparait deux sous bandes d-p, l’une antiliante contenant la singularité et l’autre liante contenant la singularité et une autre bande qui se réduit au niveau de l’oxygène. C’est cette bande antiliante qui est responsable des propriétés électroniques du système. Cette bande est exactement à moitie remplie dans le composé non dopé, et la surface de Fermi est inscrite dans le carré formant la première zone de Brillouin. Deux propriétés importantes qui caractérisent ces matériaux par rapport aux supraconducteurs classiques :- le rapport est très large et atteint la valeur 13 pour le composé au Mercure contrairement à la valeur standard 3.53 établie par la théorie B.C.S. Le coefficient R augmente avec la température critique,- le coefficient de l’effet isotopique est très faible pour les cuprates supraconducteurs contrairement aux supraconducteurs classiques qui ont un coefficient standard Alpha = 0.5. Ce coefficient diminue avec la température critique et atteint sa valeur minimale au dopage optimal (température critique maximale).Plusieurs approches ont été proposées ; les unes tentant d’expliquer la large valeur de R et les autres tentant d’expliquer la faible valeur de Alpha. Mais à notre avis, aucune approche n’a pu donner une explication satisfaisante. Dans notre travail, nous allons étendre la théorie B.C.S. en combinant le modèle des excitations magnétiques et le modèle de singularité de van Hove. Nous avons établie une expression analytique générale de la température de transition supraconductrice. A partir de cette expression, nous avons établi une expression analytique du rapport et nous avons montré qu’on peut avoir des valeurs larges par rapport à la valeur standard B.C.S. (3.53). A partir de l’expression générale de la température de transition supraconductrice, une expression du coefficient de l’effet isotopique a été déduite et nous avons montré que ce coefficient diminue avec la température critique conformément aux résultats expérimentaux. L’interaction due aux phonons augmente la température critique, le gap supraconducteur et le rapport R. L’interaction due aux excitations magnées Date de soutenance 2011 Cote TH3378 Pagination 80F Format 30 cm Notes RESUME.BIBLIOG. Statut Soutenue