Thèse soutenue

Supraconductivité multi-condensat à l'interface d'oxydes
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Auteur / Autrice : Guilhem Saïz
Direction : Nicolas Bergeal
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 26/09/2022
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (Paris ; 2010-....) - Laboratoire de Physique et d'Etude des Matériaux (UMR 8213)
établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
Jury : Président / Présidente : Étienne Janod
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Bergeal, Laurence Méchin, Roberta Citro, Claire Marrache-Kikuchi
Rapporteurs / Rapporteuses : Étienne Janod, Laurence Méchin

Mots clés

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Résumé

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L'interface LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO) est connue pour abriter un gaz d'électrons bidimensionnel (2DEG) supraconducteur. Ce gaz a été un terrain de jeu pour l'étude des matériaux d'oxydes fonctionnels ces dernières années car il abrite divers phénomènes physiques, tels qu'un fort couplage spin-orbite Rashba, la supraconductivité, la conductivité multibande et le désordre, entre autres. La densité de porteurs du 2DEG aux interfaces du SrTiO3 peut être contrôlée par effet de champ électrique, qui à son tour influence d'autres propriétés telles que le potentiel de confinement, le couplage Rashba et, plus célèbre encore, la température critique de supraconductivité formant un dôme en fonction du dopage. Dans ce manuscrit, nous discutons des propriétés de transport ajustable par tension de grille du 2DEG formé aux interfaces des hétérostructures impliquant les matériaux paraélectriques quantiques SrTiO3 ou KTaO3, dans différentes orientations cristallines. Des mesures de transport dc et radiofréquence ont été réalisées dans un réfrigérateur à dilution jusqu'à 20mK, sous champ magnétique et avec application d'une tension de grille. Dans un 1er chapitre, nous rapportons les mesures de transport ajustable par tension de grille, telles que la température critique (Tc) du supraconducteur, le champ magnétique critique et la densité de porteurs des interfaces LAO/STO(110) et LAO/STO(111). Nous décrivons ensuite les mesures par micro-ondes résonantes de la rigidité superfluide, ce qui nous donne accès aux propriétés supraconductrices fondamentales de ces 2DEGs. Dans LAO/STO(110), les champs critiques ajustables par tension de grille et les mesures de la rigidité superfluide montrent l'existence d'une supraconductivité à deux condensats au-delà d'un seuil de dopage qui peut être analysé de manière cohérente par deux modèles indépendants. Nous montrons également que les deux condensats interagissent de manière répulsive pour former un état supraconducteur exotique s±-wave et que la diffusion interbande supprime fortement la Tc. Des mesures similaires du champ critique et de la rigidité superfluide dans LAO/STO(111) ont donné des résultats contrastés. Malgré la preuve d'un transport multibande dans l'état normal, aucune signature claire de supraconductivité à plusieurs condensats n'a pu être observée. Dans les deux orientations, les mesures de rigidité superfluide sont comparées aux prédictions de la théorie conventionnelle BCS/Mattis-Bardeen. Nous concluons cette partie sur le rôle de l'orientation du substrat sur la structure de bande et les propriétés supraconductrices du gaz d'électrons en comparant nos résultats aux propriétés bien connues de l'interface conventionnelle LAO/STO(001). Dans un 2ème chapitre, nous analysons le transport non-réciproque de la magnétorésistance anisotrope dans le plan de ces 2DEGs (LAO/STO(110) et LAO/STO(111)) comme une sonde pour l'interaction spin-orbite. La magnétorésistance quadratique et bilinéaire dérivée de ce transport non-réciproque est comparée aux travaux précédents sur l'interface LAO/STO(001), et une constante de couplage effective de Rashba est extraite de ces mesures. Nous montrons également que la magnétorésistance anisotrope dans le plan peut être utilisée comme un outil pour observer une transition de Lifschitz dans LAO/STO(110). Dans le dernier chapitre, nous discutons des propriétés de nouvelles interfaces d'oxydes supraconducteurs. Nous rapportons d'abord la supraconductivité accordable par tension de grille à l'interface AlOx/STO, qui est un substitut de 2DEG prometteur pour de futures applications car sa méthode de fabrication par pulvérisation est plus facile que le dépôt par laser pulsé de LAO. Ensuite, nous présentons des résultats sur le 2DEG supraconducteur récemment découvert aux interfaces de KTaO3(110) et KTaO3(111). Les propriétés de transport et la mesure de la rigidité du superfluide sont étudiées à la lumière de la théorie de Berezinskii Kosterlitz Thouless.