Superconductivité Spin-triplet dans UTe2

Enlightening Spin-triplet Superconductivity in UTe2

• Auteur / Autrice : Nils Marquardt
• Direction : Georg Knebel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement
• Date : Inscription en doctorat le 02/01/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS

Mots clés

Mots clés libres

Superconductivité unconventionell

Dilatation thermique

Ultrason

Unconventional superconductivity

Thermal expansion

Ultrasound

Résumé

Les supraconducteurs spins-triplet ont récemment attiré une attention considérable, car ils sont des candidats naturels à la supraconductivité topologique. Cette forme de supraconductivité est rare dans les matériaux en bulk et est mieux établie dans les supraconducteurs ferromagnétiques URhGe et UCoGe. Il existe également des preuves de supraconductivité spin-triplet dans le récemment découvert supraconducteur paramagnétique UTe2 (transition supraconductrice à Tsc = 1,6 - 2 K). UTe2 présente un renforcement extraordinaire de son champ critique supérieur Hc2 pour l'axe de magnétisation dure au-dessus de 15 T, et jusqu'à 35 T. Ce renforcement est une indication forte que la force de l'appariement supraconducteur augmente avec le champ magnétique au-dessus de 15 T. De plus, de multiples phases supraconductrices apparaissent dans UTe2 sous l'application d'une pression hydrostatique. L'objectif de ce projet est d'établir et d'identifier complètement les différentes phases supraconductrices induites par le champ magnétique et la pression dans UTe2. En utilisant l'expertise combinée existant au CEA, à PHELIQS et au CNRS/LNCMI, nous mettrons en place des expériences thermodynamiques dans des conditions extrêmes de basse température et de champs magnétiques élevés. Nous explorerons les différentes transitions de phase à l'intérieur de l'état supraconducteur, afin de déterminer la symétrie de chaque phase. Cela permettra de confirmer (ou non) la nature spin-triplet de la supraconductivité dans UTe2 et donc sa pertinence en tant que candidat à la supraconductivité topologique. Dans la deuxième partie de la thèse, nous revisiterons les diagrammes de phase supraconducteurs de URhGe et UCoGe, en étudiant pour la première fois l'interaction entre la supraconductivité et le ferromagnétisme dans les phases réentrantes avec des sondes thermodynamiques. La dernière partie est consacrée au développement de la contrainte uniaxiale comme paramètre d'accord très sensible de la supraconductivité dans ces systèmes. Le projet bénéficiera également d'une collaboration étroite avec une équipe de l'Institut Néel travaillant sur la calorimétrie AC dans ces systèmes, et l'équipe de théorie de PHELIQS, où deux doctorats sur ce sujet ont débuté récemment.

Spin-triplet superconductors have recently attracted considerable attention, as they are natural candidates for topological superconductivity. Spin-triplet superconductivity is rare in bulk materials, and best established in the ferromagnetic superconductors URhGe and UCoGe. Evidence for spin-triplet superconductivity exists also in the recently discovered paramagnetic superconductor UTe2 (superconducting transition at Tsc = 1.6 – 2 K). UTe2 shows an extraordinary reinforcement of its upper critical field for the hard magnetization axis above 15T, and up to 35 T. The reinforcement is a strong indication that the superconducting pairing strength increases by the magnetic field above 15 T. Moreover, multiple superconducting phases occur in UTe2 under the application of hydrostatic pressure. The aim of this project is to fully establish and identify the different superconducting phases induced by magnetic field and pressure in UTe2. Using the combined expertise existing in CEA, PHELIQS and CNRS/LNCMI, we will set up thermodynamic experiments under extreme conditions of low temperature and high magnetic fields. We will explore the different phase transitions inside the superconducting state, in order to determine the symmetry of each phase. This will confirm (or not) the spin-triplet nature of superconductivity in UTe2 and hence its relevance as a candidate for topological superconductivity. In the second part of the thesis, we will revisit the superconducting phase diagrams of URhGe and UCoGe, investigating for the first time the interplay between superconductivity and the ferromagnetism in the reentrant phases with thermodynamic probes. The last part is devoted to the development of uniaxial stress as a very sensitive tuning parameter of superconductivity in these systems. The project will also benefit from a close collaboration with a team from Institute Néel working on AC calorimetry in these systems, and the theory team in PHELIQS, where two PhD's on this subject started recently.