Etude combinée des propriétés locales et globales des supraconducteurs ultimes à deux dimensions

Combined study of local and global properties of ultimate two-dimensional superconductors

• Auteur / Autrice : Denis Baranov
• Direction : Dimitri Roditchev, Valery Ryazanov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 13/12/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (Paris ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : William Sacks
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ludmila Uspenskaya
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claude Chapelier, Lenar Tagirov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transport des électrons, Théorie du

Couches minces

Supraconductivité

Mots clés libres

Supraconductivité

Couches ultraminces

Transport d'électrons

Microscopie en champ proche

Superconductivity

Ultra-thin films

Electron transport

Near-field microscopy

Résumé

Ce manuscrit présente les résultats d'études expérimentales de quelques phénomènes supraconducteurs liés à la dimensionnalité réduite du système. Tout d'abord, la réalisation d’un dispositif expérimental destiné à mesurer les propriétés de transport électronique de couches minces et ultra-minces in-situ sous UHV est présentée. La méthode est validée par l’étude des propriétés de transport électronique de couches ultra-minces de NbN dont l’épaisseur et le désordre sont variés in-situ par pulvérisation cathodique (ions d’Ar). Deuxièmement, les supraconducteurs ultimes - des couches mono-atomiques de Pb et de Pb/Au sont élaborées sur Si (111) sous UHV; leurs propriétés locales et globales sont étudiées in situ en utilisant respectivement la microscopie et spectroscopie tunnel à balayage et le dispositif de mesures de transport électronique à basse température. Le rôle des atomes d'Au dans les propriétés supraconductrices est révélé. Troisièmement, le diagramme de phase de la nouvelle classe de supraconducteurs ferromagnétiques lamellaires EuFe 2 (As 0.79 P 0.21) 2 est exploré; des expériences de microscopie à force magnétique sont présentées. Deux nouvelles phases quantiques - état Meissner et état de vortex structurés en domaines sont découvertes. Un nouveau phénomène - la nucléation des paires vortex-antivortex à l'intérieur du matériau est observé.

This manuscript presents the results of experimental studies of several superconducting phenomena related to the reduced dimensionality. First, an in-UHV set-up for measuring in-situ electronic transport properties of ultrathin films is realized. It is validated by studying transport properties of ultrathin films of NbN whose thickness and disorder are varied in-situ by Ar-ion sputtering. Second, ultimately thin superconductors - atomic layers of Pb and Pb/Au are grown on Si(111); their local and global properties as studied in-situ using, respectively, the Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy and the electron transport set-up at low temperatures. The role of Au atoms in the superconducting properties is revealed. Third, the phase diagram of the new class of layered ferromagnetic superconductors EuFe 2 (As 0.79 P 0.21) 2 is explored; Magnetic Force Microscopy experiments are provided. Novel quantum phases – Domain Meissner State and Domain Vortex state are discovered. A new phenomenon - the nucleation of vortex-antivortex pairs inside the material is demonstrated.