La supraconductivité dans la famille des composés de type fermions lourds tel le CeCoIn5 se développe à proximité d’une instabilité antiferromagnétique. La proximité de cette instabi- lité indique un point quantique critique (anglais pour ”quantum critical point” QCP) entre la phase antiferromagnétique et un liquide de Fermi. À ce point, les deux états fondamentaux du système sont en compétition et peuvent être perturbés par une variation de la pression ou de la composition chimique. Dans cette proposition, nous étudions la réciprocité entre les deux méthodes de perturbation du point quantique critique. Pour ce faire, on change la composition chimique du CeCoIn5 en dopant le cristal avec des atomes d’ytterbium qui prennent la place du cérium dans la structure.
La substitution de certains atomes de cérium par de l’ytterbium est équivalent électroniquement à enlever un électron de la couche 4f car l’ytterbium est bivalent dans la structure CeCoIn5 . Ainsi, on détruit des moments magné- tiques dans le réseau fortement corrélé de centres de Kondo et pousse le matériau vers la phase antiferromagnétique. Dans la même optique, on utilise un accélérateur de particules pour implanter des atomes d’hélium dans la maille du cristal. Les atomes d’hélium agissent comme une source de pression négative qui dilatent le réseau et réduisent la cohérence entre certaines quasi-particules de Kondo. On propose alors que cette implantation pourrait induire l’ordre antiferromagnétique puisqu’elle favorise l’interaction magnétique longue portée. Dans un premier ordre, on a dopé les échantillons de CeCoIn5 dopé à l'Yb avec une concentration de 5%, 10% et 15%.
Tel qu’attendu, suite aux mesures de la chaleur spécifique en fonction de la température, on s’aperçoit que la valeur de la température de transition de phase supraconductrice diminue lorsqu’on augmente le dopage dans le monocristal. On montre ainsi la dépendance entre la concentration de dopant dans le cristal et la destruction inhomogène de l’état corrélé. Lorsqu’on remplace des électrons de l’orbitale 4f par des trous de cette bande, on détruit la cohérence entre les centres de Kondo qui induit la supraconductivité. Cette variation chimique peut être utilisée comme un paramètre de réglage qui favorise le régime de l’interaction magnétique près du QCP. Similairement, suite à une implantation d’atomes d’hélium de 0.1%, 0.5% et 1% des mailles dans les premiers 15 micromètre de CeCoIn5 , on constate que la dilatation du réseau réduit linéairement l’intéraction globale du régime fortement corrélé entre les singulets de Kondo. Cependant, la cohérence entre les centres de Kondo est plus difficile à obtenir, ce qui diminue la température critique (Tc) de la transition de phase supraconductrice. On associe cette diminution de Tc proche d’un QCP à la suppression inhomogène du régime liquide de Fermi. Alors, l’application d’une pression négative par implantation d’hélium est considérée comme un paramètre de réglage qui avantage l’interaction magnétique longue portée et conduit le cristal vers l’ordre AFM. / Superconductivity in the family of heavy fermion compounds such as CeCoIn5 develops near an antiferromagnetic instability. The proximity of this instability indicates a quantum critical point (QCP) between the antiferromagnetic phase and a Fermi liquid ground state. At such a point, the two ground states of the system are in competition and applying pressure or changeing the chemical composition moves the system away from the QCP. In this work, we study the reciprocity between the two methods of perturbation of the QCP. In this sense, the chemical composition of the CeCoIn5 is changed by doping the system with ytterbium atoms, which replace the cerium. The substitution of cerium which is trivalent and carries a magnetic moment atoms by the bivalent ytterbium is electronically and non-magnetic electron of the shell 4f by a hole of the same orbital and removing a magnetic moment. Thus, we destroy magnetic moments causing the Kondo coherence and push the material towards the antiferromagnetic phase. In the same vein, an accelerator is used to implant helium atoms in the lattice of the crystal. Helium atoms act as a source of negative pressure which expands the lattice and which destroys the coherence between certain Kondo singlets. It is then proposed that this implantation should eventually induce antiferromagnetic order since this is favoring the long-range magnetic interaction.
First, Ce1−xYbxCoIn5 samples were doped with an Yb concentration of x = 5%, 10% and 15%. As expected, following the measurements of the specific heat as a function of temperature, it is found that the value of the temperature of the superconducting phase transition (Tc) decreases when the level of doping increases in the single crystal. Thus, we conclude that the more electrons in the 4f orbital are replaced by holes of this band, the more we destroy the coherence between the Kondo center which induces superconductivity We also show that this inhomogeneous destruction of the correlated state is linear with the concentration of induced holes in the crystal. we conclude that the more electrons in the 4f orbital are replaced by holes of this band, the more we destroy the coherence between the Kondo center which induces superconductivity. In this sense, this chemical variation used as a tunning parameter favors the magnetic state near the QCP.
Similarly, following a helium atom implantation of 0.1%, 0.5% and 1% of the lattices in the first 15 μm of CeCoIn5 , we find that lattice expansion linearly decreases the correlation between Kondo singlets. Thus, the coherence between Kondo centers is more difficult to achieve, which decreases the critical temperature (Tc) towards the superconducting phase transition. This linear decrease of Tc close to a QCP is associated to the suppression of the Fermi liquid regime and thus is expected to lea the crystal to the AFM order. Then, the application of a negative pressure by helium implantation can be considered as a tunning parameter which benefits the long-range magnetic interaction
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/32249 |
| Date | 04 1900 |
| Creators | Dupuis, William |
| Contributors | Bianchi, Andrea, Roorda, Sjoerd |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | fra |
| Detected Language | French |
| Type | thesis, thèse |
| Format | application/pdf |
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