rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Structure électronique nanoscopique
de systèmes d’électrons fortement corrélés
Chercheurs : Christian Lupien et Patrick Fournier
Collaborateurs : A. Damascelli (U. British-Columbia); H. Takagi (U. Tokyo)
Étudiants : Behnaz Behmand, Jean-Charles Forgues et Jonathan Vermette
Contact : Christian Lupien; christian.lupien@usherbrooke.ca; www.physique.usherbrooke.ca/lupien
Les systèmes d’électrons fortement corrélés tels les supraconducteurs à haute température critique, ont
des diagrammes de phase très complexes où plusieurs phases coexistent ou entrent en compétition. Cela
donne lieu à de nouveaux phénomènes à l’échelle atomique, qui ont des effets à l’échelle macroscopique.
Pour comprendre ces phénomènes, il nous faut utiliser une sonde d’une sensibilité à l’échelle atomique.
Combinant la spectroscopie et le microscope à effet tunnel, nous parvenons à explorer ces matériaux
complexes, dans le but de développer des modèles pour les expliquer.
Les systèmes d’électrons fortement corrélés est le nom général
des matériaux comportant de fortes interactions entre les
électrons, conduisant à plusieurs phénomènes intéressants.
Les supraconducteurs à haute température critique (HTC) en
sont un exemple. Leur diagramme de phase est très complexe
et affiche plusieurs types d’ordre qui après 20 ans, ne sont
toujours pas bien expliqués. Une théorie complète de ces
matériaux nous permettrait de contrôler leurs caractéristiques
pour optimiser leur utilisation et pourrait conduire à la supraconductivité
à température ambiante. Cela aurait de nombreuses
applications dans des secteurs comme le transport de
l’électricité et le diagnostic médical (appareil à imagerie par
résonance magnétique moins cher).
l’information spectroscopique locale. La conductance, pour
des modèles simples, peut-être reliée à la densité d’état local,
calculable théoriquement.
Carte topographique qui montre les atomes à la surface de NaCCOC, un matériel à
HTC. L’encart est un zoom qui montre l’absence d’un seul atome.
Diagramme de phase pour matériaux à haute-T c dopés aux trous illustrant
les phases tels supraconductivité (dSC), antiferromagnétisme (AFM) et
pseudogap (PG).
Des mesures récentes sur certains supraconducteurs HTCs
ont révélé des caractéristiques intéressantes telles une structure
de densité de charge en forme de damier et des variations
vitreuses de la densité électronique. Des expériences sur
plusieurs autres membres de la même famille de matériaux
ainsi que sous d’autres conditions sont nécessaires à mieux
comprendre ces résultats.
Ce qui rend la compréhension de ces matériaux difficile sont les
diagrammes de phases complexes où plusieurs états coexistent
ou entrent en compétition. Certaines de ces phases, tel
que le pseudogap, ne sont toujours pas très bien identifiées.
Les corrélations fortes ainsi que des nombreux phénomènes
présents dans ces systèmes peuvent produire des structures
importantes à l’échelle atomique. Afin d’identifier et de
comprendre leurs effets globaux, il faut d’abord obtenir une
vision nanoscopique directe de ces caractéristiques.
Nous utilisons un microscope à effet tunnel à balayage, un
instrument qui atteint la résolution atomique et qui peut donc
mesurer des structures à l’échelle nanoscopique à la surface
d’échantillons. Une puissante variation de cette technique
est d’obtenir de l’information spectroscopique (courbes de
conductance) à tous les points de l’espace d’une topographie
(carte de la structure atomique) de façon à obtenir de
Carte de conductance (gauche) et sa transformé de Fourier (droite) : une organisation
électronique en échiquier coïncide avec l’image topographique.
Références
• “An intrinsic bond-centered electronic glass with unidirectional domains
in underdoped cuprates”, Y. Kohsaka, C. Taylor et coll,
Science 315, 1380 (2007).
• “A “checkerboard” electronic crystal state in lightly hole-doped
Ca 2-xNa xCuO 2Cl 2”, T. Hanaguri, C. Lupien, Y. Kohsaka, D.-H. Lee et coll,
Nature 430, 1001 (2004).
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