Ce mémoire présente des mesures de conductivité thermique sur les supraconducteurs YBCO et Tl-2201 afin de statuer sur la présence possible d'un point critique quantique (QCP) dans le diagramme de phase de cuprates. Ce point critique quantique serait à l'origine de la reconstruction de la surface de Fermi, d'un large cylindre de trous en de petites poches de trous et d'électrons. La conductivité thermique dans le régime T [arrow right] 0 permet d'extraire une quantité purement électronique liée aux vitesses de Fermi et du gap, au noeud. Une discontinuité dans cette quantité pourrait signaler la traversée du dopage critique qui reconstruit la surface de Fermi. Plusieurs sondes expérimentales distinguent une transition de phase ou un crossover à T * à température finie. D'autres sondes mettent en évidence une transition de phase sous l'effet d'un champ magnétique. La présence ou non de cet ordre, à température et champ magnétique nul questionne la communauté depuis plusieurs années. Dans cette étude, nous détectons une variation brusque de ?0 /T à p = 0.18 dans YBCO et à p = 0.20 dans Tl-2201. Ces sauts sont interprétés comme un signe de la transition à température nulle et sont en faveur d'un QCP. Le manque de données d'un même matériau à ces dopages ne permet pas de valider hors de tout doute l'existence d'un point critique quantique. Le modèle théorique YRZ décrit aussi bien les données de conductivité thermique. Des pistes de travaux expérimentaux à poursuivre sont proposées pour déterminer la présence ou non du QCP de façon franche.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Th. univ.--Sci.--Paris 11, 1992. / Bibliogr. p. 114-120. Résumé en anglais et en français.

Ce travail de thèse est consacré à l'optimisation du processus de fabrication des supraconducteurs à basse température (SBT) et à haute température (SHT). Le but est l'optimisation de fabrication de ces produits.Le premier chapitre est dédié au processus de production des SBT. La recherche concerne le problème de réchauffement de la surface des fils par les forces de friction lors du processus d’étirage. Le processus de réchauffement/refroidissement génère des contraintes résiduelles. Cet aspect a été traité dans ce chapitre. On y présente également une méthode pour déterminer les angles optimaux des outils utilisés dans la fabrication des supraconducteurs.Le deuxième chapitre donne une présentation générale des SHT. On donne d’abord l’historique de ces produits, ensuite les développements en cours et les perspectives. Il présente aussi le processus de fabrication de ce matériel et ses défis. Le chapitre traite en particulier des SHT de deuxième génération et montre l’intérêt de l’emploi de la modélisation numérique.Le troisième chapitre présente un modèle simplifié pour le comportement mécanique des SHT. Ce modèle est basé sur la théorie classique des poutres associée à une discrétisation de la poutre en sous-couches travaillant en traction-compression. Ce modèle prend en compte le comportement plastique des composantes de la poutre SHT. Le modèle a été implémenté dans un environnement MATLAB. La validation du modèle est effectuée par sa confrontation à des analyses par éléments finis. Le modèle est ensuite utilisé pour l'analyse des configurations industrielles dans un but d’optimisation.Le quatrième chapitre présente la vérification numérique du modèle décrit dans le chapitre précédent sur un essai de flexion effectuée en laboratoire sur une bande «poutre» en SHT. La comparaison entre les résultats numériques et les données expérimentales montre le bon fonctionnement du modèle développé. / This thesis is devoted to the optimization the process of production of low-temperature superconductor (LTS) as well as high-temperature superconductor (HTS) products. The aim of the work is the optimization of the fabrication process. Chapter 1 deals with the process of production of low-temperature superconductors. It provides analysis of the heating/cooling phenomena in the fabrication process. The chapter also proposes a method for determining the optimum angles of tools used in the fabrication of low-temperature superconductor. Chapter 2 provides a general presentation of the high-temperature superconductors (HTS). The history of development of this material is summarized. The chapter gives a particular focus on the 2nd Generation of HTS. After a presentation of the structure of the high-temperature superconductor, the fabrication process and the challenges, we present the need for the use of numerical model on the design and fabrication of HTS.Chapter 3 presents a simplified model for HTS beams. This model is based on the classical beam theory together with the discretization of each layer in small sub-layers working under purely axial stresses. The model takes into consideration the plastic behavior of the HTS constitutive materials. This model was implemented using MATLAB software. It presents also the validation of this model by its confrontation to finite element analyses as well as its use in the optimal design of HTS. Chapter 4 presents the verification of the numerical model presented in the previous chapter for high-temperature multilayer 2G. The verification is carried out on a bending beam test conducted on a high-temperature superconductor tape. The test was presented first. The comparison of the numerical and experimental results allows the validation of the simplified model on experimental tests.

Ce travail concerne l'étude de la texture et de la microstructure en relation avec les propriétés supraconductrices Tc et Jc de supraconducteurs haute température critique SHTc : YBCO et NBCO. Les techniques de caractérisation utilisées pour la microstructure sont la diffraction de RX et la diffraction d'électrons (Electron Back-Scatter Diffraction) "EBSD". Tc et Jc ont été déduits des mesures d'aimantation et de susceptibilité magnétique au SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) et PPMS (Physical Properties Measument System). La première partie de l'étude traite de la caractérisation de la texture de couches minces SHTc d'YBCO, et de la possibilité de déterminer les relations d'épitaxie par EBSD entre le film déposé et la couche tampon. Ce type d'échantillon est constitué d'un substrat de saphir sur lequel 3 couches successives ont été déposées dont 300 nm de YBCO, destinées aux applications électrotechniques comme limiteurs de courant. La deuxième partie concerne l'étude de matériaux massifs supraconducteurs YBCO et NBCO fabriqués par différentes techniques. L'effet du dopage d'YBCO avec de l'argent a été étudié sur des échantillons fabriqués par la technique dite de "texturation par croissance orientée" soit MTG (Melt Textured Growth) et sous une faible pression partielle d'oxygène. Le dopage jusqu'à un certain pourcentage d'argent améliore la microstructure ainsi que la densité de courant critique. Une comparaison des caractéristiques physiques et structurales d'échantillons NBCO oxygénés ex-situ et YBCO in-situ, élaborés par MTG sous champ magnétique intense a été effectuée. De même des échantillons NBCO texturés par la technique de fusion de zone (Zone Melting) oxygénés respectivement in-situ et ex-situ ont été étudiés. Ils présentent des textures similaires avec présence de macles pour NBCO oxygéné ex-situ / The aim of this work is the study of crystallographic texture and microstructure in connection with the superconducting properties (Tc and Jc) of High Temperature Superconducting (HTS) materials: YBCO and NBCO. Microstructure is studied by X-Ray Diffraction (XRD) and Electron backscatter Diffraction (EBSD). The Determination of critical temperature (Tc) and critical current density (Jc) are made with Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) magnetometer or Physical Properties Measurement System (PPMS). The first part of this work investigates the crystallographic textures of the YBCO film by using EBSD in order to deduce the epitaxial relationship between the superconducting layer and the buffer layer. This thin film is made up of three successive deposits (among which 300 nm of YBCO), used in fault current limiters for electrical engineering applications. The second part presents the study of NdBa2Cu3O7-d (NBCO) and YBCO bulks prepared by various techniques. The effect of silver doping of YBCO has been studied on samples prepared by the Melt Textured Growth (MTG) technique under low oxygen partial pressure. The doping up to a given amount of silver enhances the microstructure and the critical current density. A comparison of the physical and structural characteristics between NBCO oxygenated exsitu and YBCO oxygenated in-situ, prepared by MTG under high magnetic field has been made. Zone-melted NBCO samples textured by zone melting method oxygenated respectively in-situ and ex-situ have been studied. These samples exhibit the same texture with the occurrence of twins for the NBCO oxygenated ex-situ

Lors d'études précédentes, il a été observé que la température critique de la transition supraconductrice des matériaux KFe$_2$As$_2$ et CsFe$_2$As$_2$ diminue en fonction d'une pression hydrostatique pour ensuite remonter après avoir dépassé une certaine pression critique (17,5 et 14 kbar). La mesure du coefficient de Hall à température nulle, ainsi que des mesures des oscillations de de Haas-van Alphen, indique que ce changement brusque de comportement n'est pas dû à un changement dans la surface de Fermi. Afin d'expliquer ce phénomène, l'hypothèse apportée est celle d'un changement de la symétrie d'appariement des paires de Cooper. Une transition d'une symétrie de type d à une de type s est supportée par l'ajout d'impuretés, des mesures de conductivité thermique et l'évolution en pression de la résistivité. Dans le cadre de ce mémoire, la résistivité, l'effet Hall et le champ critique supérieur ont été mesurés pour le matériau RbFe$_2$As$_2$ en fonction d'une pression hydrostatique, complétant ainsi le portrait pour trois matériaux de même structure. Comme pour les deux premiers matériaux, une remontée de la température critique à une certaine pression critique (11 kbar) est observée, sans conséquence notable sur l'effet Hall. De plus, les données de champ critique supérieur, analysées conjointement à des données déjà prises pour KFe$_2$As$_2$, montrent un saut de la quantité $\frac{1}{T_c}\left(-\frac{\partial H_{c2}}{\partial T}\right)_{T_c}$ à la pression critique, ce qui indique un changement de la structure du gap supraconducteur et consolide le scénario d'un changement de la symétrie d'appariement des paires de Cooper.

La structure du gap supraconducteur et sa modulation sont intimement liées au potentiel d'interaction responsable de l'appariement des électrons d'un supraconducteur. Ainsi, l'étude de la structure du gap-SC et de sa modulation permet de faire la lumière sur la nature du mécanisme d'appariement des électrons. À cet égard, les résultats expérimentaux des supraconducteurs à base de fer ne cadrent pas dans un seul ensemble, ce qui est en opposition au gap-SC universel des cuprates. Dans ce qui suit, nous présenterons une étude systématique du gap-SC pour plusieurs pnictides. En effet, en utilisant la conductivité thermique, une sonde directionnelle du gap-SC, nous avons été en mesure de révéler la structure du gap-SC pour les composés suivants : Ba[indice inférieur 1-x]K[indice inférieur x]Fe[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2], Ba(Fe[indice inférieur 1-x]Co[indice inférieur x])[indice inférieur 2]As[indice inférieur 2], LiFeAs et Fe[indice inférieur 1-[delta]] Te[indice inférieur 1-x]Se[indice inférieur x]. L'étude de ces quatre composés, de trois différentes familles structurales, a pu établir un tableau partiel mais très exhaustif de la structure du gap-SC de pnictides. En effet, tel qu'illustré dans cette thèse, ces quatre composés ne possèdent aucun noeud dans leur structure du gap-SC à dopage optimal. Toutefois, à une concentration différente de celle optimale pour les composés K-Ba122 et Co-Ba122, des noeuds apparaissent sur la surface de Fermi, aux extrémités du dôme supraconducteur. Ceci suggère fortement que, pour ces composés, la présence de noeuds sur la surface de Fermi est nuisible à la phase supraconductrice.

Le séléniure de fer, FeSe, est un matériau prometteur qui attire beaucoup d'attention depuis qu'il a décroché le record de la température critique la plus élevée chez les supraconducteurs à base fer. L'absence d'une phase magnétique à proximité de sa phase supraconductrice cause un questionnement sur la nature du mécanisme d'appariement des électrons dans ce supraconducteur. La symétrie avec laquelle ce mécanisme opère peut être déterminée en identifiant la structure et la symétrie du gap supraconducteur du FeSe. Plusieurs études du gap ont été menées, mais elles n'ont pas permis d'arriver à un consensus. Certaines mesures détectent des noeuds dans le gap supraconducteur tandis que d'autres rapportent un gap non nodal. L'incapacité à réconcilier les données existantes est en partie due au manque de mesures effectuées sur des monocristaux propres étant capables de résoudre des excitations à très basse énergie. Ce mémoire présente une étude du gap supraconducteur du FeSe utilisant la mesure de la conductivité thermique dans la limite où la température tend vers zéro comme sonde. Dans ce régime de température, il a été possible d'examiner les excitations à très faible énergie de l'état supraconducteur à l'aide d'un champ magnétique finement ajusté. De cette manière, un portrait très détaillé de la dispersion en énergie des quasiparticules a été dressé. Nous ne détectons pas de quasiparticules à énergie nulle et excluons donc la présence de noeuds sur le gap supraconducteur. Nous observons un comportement de supraconducteur à deux bandes, suggérant que les deux poches de la surface de Fermi ont des gaps différents dont les amplitudes diffèrent par un facteur 10. De plus, la grandeur du plus petit de ces deux gaps varie lorsque le niveau de désordre du matériau change, ce qui suggère que le petit gap est anisotrope. Cette dernière observation permet de réconcilier les études antérieures puisqu'une anisotropie du gap peut engendrer des noeuds accidentels sur le gap si le niveau de désordre du matériau est suffisament bas. Quelques études très récentes, parues en même temps que les résultats présentés ici, corroborent le scénario proposé et sont présentées à la fin du mémoire.

Abstract : This thesis tackles the problem of the possible phase transitions in the presence of a magnetic field, and of the transport properties of quasi-one-dimensional (quasi-1D) superconductors like Bechgaard salts. In the framework of the quasi-1D electron-gas model, the renormalization group (RG) method is used for studying the effect of Zeeman coupling to a magnetic field on the structure of the phase diagram of the quasi-1D electron gas model. For the transport theory, a combination of linearized Boltzmann equation and renormalization group method is used to investigate the electrical resistivity and the Seebeck coefficient of quasi-1D correlated organic metals like the Bechgaard salts near their quantum critical point that joins antiferromagnetism and superconductivity. The thesis is organized in four chapters. In the first chapter, an introduction to the Bechgaard and Fabre salts is given and properties of their generic temperature-pressure phase diagram are explained. These compounds are considered as the reference systems for the comparison between theory and experiments on the nature and symmetry of the superconducting phase in a magnetic field and the anomalous transport properties in the normal phase. The problem of the observed anomalously high value of the upper critical field of Bechgaard salts is the main issue of chapter two. We approach this problem with the aid of the weak coupling renormalization group technique in the presence of Zeeman coupling, for an extended quasi-1D electron-gas model, which includes inter-chain hopping, nesting deviations along with both intrachain and inter-chain repulsive interactions. This allows us to study the efect of quasi-1D spin fluctuations originating from constructive interference between unconventional superconductivity (SC) and density-wave instabilities on the magnetic field vs temperature phase diagram of these quasi-1D superconductors. Our results support the existence of a crossover from d-wave to an inhomogeneous d-wave FFLO superconducting state under field. In the third chapter, we introduce the semi-classical Boltzmann equation for transport in its linearized form. The Boltzmann theory is coupled to the RG method for the calculation of the renormalized umklapp scattering amplitude for the anisotropic scattering time. We then study the temperature and pressure variation of the electrical resistivity and the Seebeck coefficient of the Bechgaard salts quasi-one-dimensional organic superconductors in the quantum critical domain of their normal phase. We demonstrate that momentum and temperature dependence of umklapp scattering strongly affects the temperature behavior of transport in the metallic state, as a function of nesting deviations that simulate the influence of pressure in the actual phase diagram. This defines a characteristic quantum critical region where significant deviations from the Fermi-liquid behavior are seen, either as an anomalous power law of electrical resistivity or sign reversal of the Seebeck coefficient. / Cette thèse aborde le problème des transitions de phase possibles, en présence d'un champ magnétique, et des propriétés de transport dans des supraconducteurs quasi-unidimensionnels (quasi-1D) comme les sels de Bechgaard. Dans le cadre du modèle d'un gaz d'électrons quasi-1D, on utilise la méthode du groupe de renormalisation (GR) pour étudier l'effet du couplage Zeeman sur le diagramme de phase ce système. Pour la théorie du transport, une combinaison de l'équation de Boltzmann linéarisée et de la méthode de groupe de renormalisation est utilisée pour étudier la résistivité électrique et le coefficient de Seebeck de métaux organiques comme les sels de Bechgaard au voisinage de leur point critique quantique joignant l'antiferromagnétisme et la supraconductivité. La thèse est organisée en quatre chapitres. Dans le chapitre un, une introduction aux sels de Bechgaard et de Fabre est donnée et les propriétés de leur diagramme de phase générique en température-pression sont expliquées. Ces composés sont considérés comme des systèmes de référence pour la comparaison entre la théorie et les expériences sur la nature et la symétrie de la phase supraconductrice sous un champ magnétique et les propriétés anormales de transport dans la phase normale. Le problème de la valeur anormalement élevée du champ critique supérieur observée dans les sels de Bechgaard est la question principale traitée au chapitre deux. Nous abordons ce problème à l'aide de la technique de couplage faible du groupe de renormalisation, pour le modèle du gaz d'électrons quasi-1D étendu, qui contient le saut inter-chaînes, les déviations par rapport à l'emboitement parfait, ainsi que les interactions intra-chaînes et inter-chaînes répulsives. Ceci nous permet d'étudier l'effet des fluctuations de spin quasi-1D provenant d'une interférence constructive entre la supraconductivité non conventionnelle (SC) et les instabilités d'onde de densité sur le diagramme de phase en champ magnétique et en température de ces supraconducteurs quasi-1D. Grâce à notre approche, nous examinons les instabilités possibles dans la partie basse température/champ élevé du diagramme de phase. Dans le troisième chapitre, nous introduisons l'équation semi-classique de Boltzmann pour le transport dans sa forme linéarisée. La théorie de Boltzmann est couplée à la méthode du GR pour le calcul de l'amplitude de diffusion umklapp renormalisée entrant dans l'évaluation du temps de diffusion anisotrope. Nous étudions ensuite la variation en température et en pression de la résistivité électrique et le coefficient de Seebeck pour les supraconducteurs organiques quasi-1D, les sels de Bechgaard, dans le domaine critique quantique de leur phase métallique. Nous démontrons que la variation en quantité du mouvement et en température de la diffusion umklapp sur la surface de Fermi affecte fortement le comportement thermique du transport dans l'état métallique, en fonction des déviations à l'emboîtement parfait. Dans notre modèle, ces déviations simulent l'influence de la pression dans le diagramme de phase réel. Ceci définit une région critique quantique caractéristique où des écarts significatifs par rapport au comportement du liquide de Fermi sont observés, soit comme une loi de puissance anormale de la résistivité électrique, soit comme un changement de signe du coefficient de Seebeck.

Ce travail porte sur la modélisation des supraconducteurs à haute temperature critique (SHTC) et il est realisé dans le cadre du projet européen BIG–POWA. Ce projet réunit partenaires industriels et universitaires et a comme objectif la conception et l'exploitation de nouveaux câbles SHTC à base de fil OPIT Bi-2223, en particulier pour usage alternatif. Le but de ce travail est l'amélioration du modèle numérique supraconducteur récemment introduit dans le logiciel de calcul par éléments finis Flux3D®. Le modèle numérique utilise des modèles macroscopiques et permet accéder aux différentes grandeurs électromagnétiques. Pour faire évoluer le modèle on a integré le caractère anisotrope des phénomènes et on a pris en compte le caractère axisymetrique de certains dispositifs. Une approche expérimentale (mesures de pertes AC, études en régime de surintensité) permet de valider et de compléter la partie modélisation.