Fluctuations et point quantique critique nématiques dans le supraconducteur au fer FeSe1-xSx

Nematic fluctuations and quantum critical point in FeSe1-xSx iron-based superconductors by Raman spectroscopy

• Auteur / Autrice : Soumaya Chibani
• Direction : Alain Sacuto, Samia Charfi-Kaddour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité en cotutelle avec Université de Tunis El Manar
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Pépin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Rodière, Sihem Jaziri, Yann Gallais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Leonardo Degiorgi, Andrés Cano

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie Raman

Supraconductivité à hautes températures

Mots clés libres

Supraconductivité à haute température critique

Séléniure de fer dopé soufre FeSe1-xSx

Nématicité

Couplage némato-élastique

QCP nématique

High-Tc superconductivity

Sulfur doped iron selenides FeSe1-xSx

Nematicity

Nematoelastic coupling

Nematic QCP

Résumé

Les supraconducteurs à base de fer, découverts en 2008, ont permis d’ouvrir tout un nouveau champ de recherche pour la supraconductivité à haute température critique dont le mécanisme reste mal compris. En plus d’une phase supraconductrice, ces composés développent une transition de phase structurale tétragonale/orthorhombique d’origine électronique, une transition dite nématique, en dessous d’une température de transition Ts. L’objet de cette thèse est l’étude de la phase nématique des supraconducteurs à base de fer FeSe1-xSx par spectroscopie Raman résolue en polarisation. Dans les séléniures de fer dopés soufre FeSe1-xSx, la température de transition structurale Ts diminue jusqu’à s’annuler à l’approche d’un point critique quantique (QCP) pour un dopage en soufre critique x = 0.17. Afin de révéler l’influence du QCP nématique sur la supraconductivité, nous avons suivi l’évolution des fluctuations nématiques électroniques en fonction de la température et du dopage. L’analyse de la susceptibilité nématique nous a permis de mettre en évidence l’effet majeur du couplage némato – élastique sur le comportement de la supraconductivité à proximité du QCP nématique dans ces systèmes. D’autre part, nous avons identifié dans le spectre des fluctuations nématiques la présence de deux composantes distinctes, l’une à basse énergie (< 15 meV) ayant un caractère critique vis-à-vis de la transition nématique et l’autre à plus haute énergie (≈ 50 meV) essentiellement non-critique. Nous avons attribué cette observation à deux sources possibles de fluctuations nématiques qui peuvent s’expliquer par la dualité du caractère itinérant et localisé des porteurs de charge dans ces systèmes.

Discovered in 2008, Iron-based superconductors have opened up a completely new field of research for high critical temperature superconductivity whose mechanism remains debated. In addition to a superconducting phase, these compounds develop a tetragonal / orthorhombic structural phase transition of electronic origin, an electron nematic transition, below the transition temperature Ts. The main subject of this thesis is the study of the nematic phase of iron-based superconductors FeSe1-xSx by polarization-resolved Raman spectroscopy.In the sulfur-doped iron selenides FeSe1-xSx, the structural transition temperature Ts decreases to zero close to a Quantum Critical Point (QCP) for a critical sulfur doping x = 0.17. In order to reveal the influence of nematic QCP on superconductivity, we have followed the evolution of electronic nematic fluctuations as a function of temperature and doping. The analysis of the nematic susceptibility allowed us to highlight the substantial effect of nemato – elastic coupling on the marginal behavior of superconductivity near the nematic QCP in these systems.On the other hand, we have identified the presence of two distinct components in the nematic fluctuations spectrum, the low-energy one ( <15meV ) has a critical character with respect to the nematic transition while the high-energy one ( ≈ 50meV ) is essentially non-critical. This observation is attributed to two possible sources of nematic fluctuations, which can be explained by the duality of the itinerant and localized character of the charge carriers in these systems.