Dans cette thèse, nous étudions les cuprates supraconducteurs à haute température critique. Notre outil expérimental est la diffusion inélastique de la lumière ou diffusion Raman par les excitations électroniques. Grâce à l'utilisation des règles de sélection, la diffusion Raman électronique permet de sonder les excitations élémentaires de basse énergie dans différentes régions de la surface de Fermi. L'étude a été menée sur les composés YBa2Cu3O7-Δ et HgBa2CuO4+Δ qui ont tous les deux été étudiés en fonction de leur nombre de porteurs ou dopage. Dans le régime optimalement dopé, nos résultats sont comptabiles avec un gap supraconducteur de symétrie d. Cependant, dans l'état supraconducteur, nous avons mis en évidence la présence d'une deuxième échelle d'énergie qui n'est pas reliée directement au gap supraconducteur. Cette deuxième échelle d'énergie semble étroitement reliée à une excitation magnétique triplet de type excitonique qui est également observée par diffusion inélastique des neutrons. Dans le régime sousdopé, nous observons une suppression anisotrope de la réponse Raman à la fois dans l'état normal et dans l'état supraconducteur que nous interprétons comme l'ouverture d'un pseudogap dans la réponse de charge du système. Nos résultats sont compatibles avec les modèles dans lesquels le pseudogap résulte d'intéractions fortes qui entrent en compétition avec la supraconductivité. Nous proposons un modèle simple dans lequel le pseudogap est relié à la croissance des fluctuations antiferromagnétiques à mesure qu'on se rapproche de l'état isolant antiferromagnétique à dopage nul.

La double île supraconductrice, composée de trois jonctions Josephson en série, est un circuit pouvant<br />se comporter comme un système à deux niveaux. Les énergies des états quantiques macroscopiques sont<br />contrôlées par deux tensions de grille et par une tension de polarisation VB.<br />Le transfert d'une paire de Cooper à travers le circuit dissipe dans l'environnement électromagnétique<br />une quantité d'énergie 2eVB, correspondant à la polarisation en tension. Les propriétés de transport<br />à travers ce dispositif, en absence de quasiparticules résiduelles, font apparaître la compétition entre le<br />couplage des états dégénérés de la double île et le taux de relaxation en fonction de la tension de<br />polarisation. Tant que la relaxation est le facteur limitant, le courant est uniquement déterminé par la<br />relaxation, conduisant au régime quantique. Par contre, si le couplage devient le facteur limitant (ou<br />si la relaxation domine), la dynamique change et le courant paradoxalement diminue, menant au<br />régime Zéno. Aux tensions suffisamment basses, le supercourant est identifié à travers les trois jonctions<br />en série.<br />Dans ce travail, il s'agit aussi de comprendre l'effet d'un cycle d'évolution adiabatique, réalisé par<br />l'application des deux tensions de grille alternatives de même fréquence et d'amplitude en quadrature de<br />phase, produisant un courant de pompage à travers le circuit. Cette thèse présente dans quelle mesure<br />le pompage adiabatique peut être exploité pour "lire" l'état du système. Le courant de pompage est, en<br />effet, sensible à l'occupation de l'état quantique, la charge pompée dans l'état fondamental et dans le<br />premier état excité étant de signe opposé.

Ce travail de thèse traite de la synthèse et de l'étude des propriétés d'agrégats mixtes magnétiques. Ils sont produits à l'aide d'une technique de co-dépôt utilisant source à vaporisation laser couplée avec une cellule d'évaporation. Les agrégats Co-Ag ont un diamètre moyen de 3,1 nm. L'argent ségrége pour former une structure coeur(Co)-coquille(Ag). Les agrégats CoPt ont une énergie d'anisotropie magnétique (MAE) supérieure à celle d'agrégats de cobalt pur. Ils possèdent un diamètre moyen de 2 nm et sont nanocristallisés dans une phase cfc chimiquement désordonnée. Des mesures de transport électronique à travers un agrégat CoPt isolé ont permis d'observer les effets du blocage de Coulomb et les niveaux d'énergie électroniques discrets de la particule. Nous avons également mesuré l'influence d'agrégats magnétiques sur la densité d'états locale d'une matrice supraconductrice de niobium. Nous avons pu mettre en évidence l'apparition d'états électroniques à l'intérieure de la bande interdite.

Nous avons étudié le magnétisme orbital d'un anneau hybride normal-supraconducteur balistique. Nous avons obtenu le spectre d'excitation complet en fonction du flux Aharonov-Bohm traversant l'anneau pour des longueurs arbitraires de métal normal et de supraconducteur et proposé une nouvelle méthode pour évaluer les harmoniques du courant dans un système balistique sans interaction. Nous avons ainsi décrit le passage du courant permanent de période h/e au courant Josephson de période h/2e. Dans une seconde étude, nous avons calculé le courant Josephson dans une jonction supraconducteur-ferromagnétique-supraconducteur balistique en tenant compte de la compétition entre la réflexion d'Andreev et la réflexion ordinaire. Nous avons montré que le spectre est fortement modifié par des ouvertures de gaps tandis que le courant Josephson et la transition 0-\pi sont très robustes à l'introduction de réflexion ordinaire. Enfin, nous avons analysé le contenu de certaines solutions des équations d'Usadel: supraconducteur uniforme et interface NS sans barrière tunnel. La théorie de perturbation standard habillée par des cooperons permet d'interpréter ces solutions en termes de chemins diffusifs reliant des évènements de réflexion d'Andreev.

L'effet Nernst a connu, ces quinze dernières années, un regain d'attention, en particulier en raison de son comportement dans les cuprates supraconducteurs à haute température critique dopés aux trous. En effet, on observe dans ces composés la persistance tant en température qu'en champ magnétique d'un signal Nernst fini en dehors de la phase supraconductrice, alors que ce dernier n'est censé être non nul, dans le cas de métaux simples, que dans la phase vortex. Ce résultat a revêtu une certaine importance en ce sens qu'il appuyait expérimentalement, parmi d'autres résultats, un scénario de type paires préformées et excitations de type vortex dans la phase normale des cuprates dopés aux trous. Cependant, l'interprétation de l'effet Nernst souffre d'un manque de données expérimentales dans d'autres systèmes à électrons fortement corrélés. C'est initialement ce qui a motivé le travail de cette thèse, qui rassemble des résultats obtenus de 2001 à 2004 au Laboratoire de Physique Quantique - ESPCI à Paris, et qui est majoritairement constitué de mesures d'effet Nernst dans une autre classe de composés à électrons fortement corrélés : les fermions lourds. Plus particulièrement, nous avons mesuré l'effet Nernst à pression nulle dans une fenêtre de température comprise entre 1,5K et 50K et pour des champs magnétiques de 0 à 12T, dans trois composés : CeCoIn5, URu2Si2 et CeRu2Si2. Ces mesures constituent, à l'heure actuelle, les seules mesures d'effet Nernst effectuées sur des fermions lourds. Dans les trois cas, nous avons découvert dans la phase métallique l'émergence d'un effet Nernst géant dont l'amplitude dépasse de plusieurs ordres de grandeur la taille du signal attendu dans un métal simple, et qui atteint celle caractéristique des vortex dans la phase mixte des cuprates, à savoir quelques µV/KT. Plus particulièrement, CeCoIn5 héberge un effet Nernst négatof très important dans la partie non liquide de Fermi de son diagramme de phase, associée à la présence d'un point critique à Bc=5T. Cependant, l'effet Nernst que nous avons mesuré ne présente aucune anomalie à Bc, mais plutôt dans la limite B=0T, où le coefficient Nernst atteint 1µV/KT. L'émergence d'un effet Nernst positif important dans URu2Si2 coïncide avec l'entrée dans la phase ordre caché, et encore ici c'est à bas champ que le coefficient Nernst atteint son maximum de 4µV/KT, qui constitue le plus grand effet Nernst jamais mesuré dans une phase métallique. Enfin, c'est le métamagnétisme de CeRu2Si2 qui semble particulièrement affecter l'effet Nernst, puisque celui-ci présente, à Hm, un changement de signe particulièrement prononcé et coïncidant avec le maximum de chaleur spécifique. Par ailleurs, une des caractéristiques générales frappantes de cette émergence est qu'elle coïncide, dans les trois composés, avec la présence d'un angle de Hall également très élevé, et dont, en particulier dans CeCoIn5 et CeRu2Si2, la structure est assez proche de celle de l'effet Nernst. La présence de ce signal reste encore aujourd'hui particulièrement intrigante, en particulier en l'absence de mesures systématiques sur d'autres composés aux fermions lourds. Cependant, mais de façon très schématique, nous avons montré que la renormalisation de la masse pouvait être un ingrédient à l'origine de cet effet Nernst géant. De plus, pour chacun des composés des pistes peuvent être avancées pour déterminer l'origine de cet émergence : proximité d'un point critique quantique, fluctuations antiferromagnétiques, ondes de densité... Nous discutons en fin de cette thèse les divers scénarios et proposons des mesures futures afin de confirmer ou d'infirmer ces diverses propositions.

Nous étudions l'antiferromagnétisme et la supraconductivité dans les systèmes fermioniques quasi-unidimensionnels à partir du modèle de Hubbard bidimensionnel anisotrope. Le diagramme de phases est obtenu en utilisant une approche de groupe de renormalisation fonctionnelle. Nous mettons en évidence l'existence d'un passage entre un régime unidimensionnel à haute température et un régime bidimensionnel à basse température. Dans ce dernier, selon les propriétés d'emboîtement de la surface de Fermi et la portée effective de l'interaction entre électrons, les fluctuations de spin et de charge peuvent induire une phase antiferromagnétique, une phase supraconductrice singulet de symétrie d, une phase supraconductrice triplet f ou une onde de densité de charge. Ces résultats sont comparés aux résultats expérimentaux obtenus dans les conducteurs organiques (TMTSF)_2X de la famille des sels de Bechgaard, qui pourraient indiquer l'existence d'une phase supraconductrice triplet au voisinage de la phase antiferromagnétique. Nous étudions également l'effet d'un potentiel supplémentaire de période double dans la direction perpendiculaire à celle de forte conductivité, situation réalisée dans le composé (TMTSF)_2ClO_4. Il y a dans ce cas deux bandes électroniques au niveau de Fermi. Plusieurs composantes de Fourier des fluctuations de spin sont alors en compétition, et parfois couplées. C'est également vrai pour les fluctuations supraconductrices. Il en résulte un diagramme de phases très riche, comprenant deux phases antiferromagnétiques et deux phases supraconductrices, l'une de symétrie dominante d, l'autre g.

Cette habilitation propose une revue de l'effet d'impuretés non magnétiques ou magnétiques dans des systèmes de fermions fortement corrélés de basse dimension. Dans une première partie, on montre l'effet des ces impuretés sur les propriétés magnétiques de chaînes ou échelles de spin. Dans une seconde partie, on montre comment cet effet se transforme dans le cas des supraconducteurs à haute température critique, tant dans leur état normal que supraconducteur. Il est démontré que l'impureté peut servir d'outil efficace et original pour sonder les propriétés magnétiques locales de ces systèmes, en particulier en utilisant conjointement la Résonance Magnétique Nucléaire. Au passage, une revue est proposée des propriétés physiques des chaînes, echelles, et surtout des supraconducteurs à haute Tc.

Ce mémoire traite de la limitation de courant à partir de supraconducteurs HTc. L'utilisation de la transition naturelle d'un état supraconducteur vers un état dissipatif est envisagée pour limiter les courants de défaut sur les réseaux de distribution électrique. Cette application de la supraconductivité est très prometteuse puisque aucune solution conventionnelle ne réalise cette fonctionnalité pour la haute tension. Le gain réalisé par l'installaton de limiteurs de courant serait une densification des réseaux électriques et une amélioration de la qualité de l'énergie distribuée. Cette étude se scinde en deux points. Le premier concerne l'étude expérimentale du comportement de différents matériaux supraconducteurs HTc pour la limitation de courant. Cette caractérisation a été menée en régime nominal alternatif (mesures des pertes) et en régime de défaut. Dans le cadre de cette étude, le matériau YBCO mono domaine a fait l'objet d'une analyse approfondie à haute température. Un travail de modélisation numérique visant à prédire les conséquences d'une transition inhomogène et à estimer les pertes en régime assigné a également été mené. Afin de valider la faisabilité d'un appareillage haute tension, un démonstrateur 1 kV / 100 A constitué de 43 méandres d'YBCO texturé a été testé à une température de 90,5 K. Cette étude s'est également focalisée sur la dynamique de la transition des matériaux supraconducteurs. Nos expériences semblent montrer que la transition est plus homogène au voisinage de Tc. Cette observation est principalement justifiée par la faible valeur de Jc au voisinage de Tc, par des considérations thermiques (meilleure propagation du front de transition) et magnétiques (ancrage magnétique et mécanisme avalancheux de la transition différents près de Tc). Des résultats expérimentaux mettent également le doigt sur l'importance des échanges thermiques latéraux sur la transition des supraconducteurs. L'analyse menée montre que l'énergie dissipée au sein du matériau étudié semble l'être de façon localisée.

Dans cette thèse nous étudions le phénomène de la supraconductivité à haute température critique sur la base d'un modèle d'un gaz de bosons et d'électrons en interaction. Les bosons sont des paires électroniques localisées avec une forte répulsion à courte portée (coeur dur) alors que les fermions sont des électrons itinérants. En utilisant un développement en diagrammes de Feynman qui tient compte des fortes corrélations entre bosons, nous étudions le comportement du système en fonction du dopage. Nous traçons en particulier le diagramme de phase en mettant en évidence ses similitudes avec celui des supraconducteurs à haute température critique. La température d'ouverture du pseudogap T*, déterminée par l'apparition d'un creux dans la densité d'états électronique, varie en fonction du dopage (donné par la concentration totale des bosons plus les fermions) de façon opposée par rapport à la température critique T?. Cette dernière est estimée par l'échelle d'énergie de la rigidité de la phase liée à son tour au rapport entre le nombre de porteurs de charges superfluides et leur masse. L'importante variation de la masse à cause des corrélations électroniques qui deviennent de plus en plus importantes lorsque la concentration des bosons augmente, est responsable de l'augmentation de la température critique avec le dopage. Nous analysons dans ce contexte la transition graduelle entre un mécanisme de fluctuations de phase qui contrôle la supraconductivité pour des faibles dopages et un mécanisme de fluctuations d'amplitude qui détermine la transition vers la phase supraconductrice pour des dopages élevés.

Les propriétés de transport des deux systèmes fortement corrélés (V0.989 Cr0.011)2O3 et k-(BEDT-TTF)2 Cu[N(CN)2]Cl ont été étudiées au voisinage de la transition de Mott en fonction de la température et de la pression. La technique de pression variable, à haute et basse températures, a permis de déterminer les domaines de coexistence métallique et isolant définis par les lignes spinodales des hystérésis jusqu'au point critique terminal (TC, PC). L'analyse du comportement critique de la conductivité du composé (V0.989 Cr0.011)2O3 a révélé une complète analogie avec la transition liquide-gaz en accord avec les prédictions obtenues dans le cadre du modèle DMFT. Nous avons ainsi montré par une analyse d'échelle que la classe d'universalité de la transition de Mott dans ce composé était celle du modèle d'Ising 3D. Dans les deux systèmes, nous avons mesuré dans la phase isolante à basse température ( TT*) entre le régime métallique incohérent et un régime isolant.