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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/10235 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Shahbazi, Maryam |
| Contributors | Bourbonnais, Claude |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse |
| Rights | © Maryam Shahbazi |
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