rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Rôle de la reconstruction de la surface de Fermi
dans les supraconducteurs à haute température
Chercheurs : Michel Côté, André-Marie Tremblay et David Sénéchal
Étudiants : Simon Pesant et Louis-François Arsenault
Contact : Michel Côté; michel.cote@umontreal.ca; www.phys.umontreal.ca/~michel_cote
Les supraconducteurs à haute température appartiennent à une famille de matériaux dont les
propriétés changent d’isolant à supraconducteur en fonction de la concentration de « dopant »
(comme l’oxygène). La nature de la phase qui apparaît quand la supraconductivité est détruite par
un champ magnétique est l’un des mystères qui pourrait détenir la clé de la compréhension de tout
le diagramme de phase. Nous étudions la possibilité d’un réarrangement structural (rayures) en
utilisant des approches avancées de la fonctionnelle de densité de même que la possibilité d’ordre
antiferromagnétique à courte portée pour expliquer des résultats expérimentaux récents.
Les matériaux connus sous le nom de supraconducteurs à
haute température ont été découverts il y a plus de 20 ans.
Malgré de nombreuses avancées, nous n’avons pas encore
de théorie complète qui pourrait expliquer leur comportement
inhabituel. Une telle théorie pourrait guider la recherche de
nouveaux supraconducteurs, nous amenant plus près du but
de trouver des matériaux à haute T C qui pourraient fonctionner
à température ambiante.
les configurations en rayures pourraient être stables dans une
plage de dopage. En parallèle, des études phénoménologiques
seront faites pour comprendre sous quelles conditions l’ordre
à courte portée pourrait permettre aux oscillations quantiques
d’être observées sans reconstruction complète de la surface
de Fermi [1].
Une découverte récente importante faite par des chercheurs du
RQMP pourrait jeter de la lumière sur ce problème. Les chercheurs
ont observé des oscillations quantiques sous champ
magnétique intense dans le supraconducteur YBa 2Cu 3O y. Ceci
prouve l’existence d’une surface de Fermi dans les systèmes
sous-dopés près de la phase isolante, un sujet qui a été très
débattu auparavant. Des expériences additionnelles de transport
ont prouvé que même dans les composés dopés aux trous,
une surface de Fermi de type électron peut apparaître. Ceci est
un comportement très contre-intuitif qui nécessite un nouveau
regard. Une explication possible serait que les électrons de ce
système se réorganisent en superstructures connues comme
des « rayures ». De telles structures (surfaces de Fermi reconstruites)
ont été souvent observées dans d’autres composés.
Cependant, dans YBa 2Cu 3O y, la spectroscopie ne révèle pas
leur présence, même si des modèles phénoménologiques
simples suggèrent qu’ils pourraient expliquer les expériences
d’oscillations quantiques.
Les groupes de Michel Côté de l’Université de Montréal,
André-Marie Tremblay et David Sénéchal de l’Université de
Sherbrooke ont joint leurs efforts pour essayer de résoudre ce
mystère. Leur approche est basée sur une combinaison d’Hamiltonien
modèles et d’approche partant des premiers principes.
Premièrement, ils utilisent la théorie de la fonctionnelle
de densité (DFT) pour calculer les propriétés électroniques du
solide dopé YBCO. Ce système représente un défi particulier
pour les approches de DFT traditionnelles car il est difficile
de prendre en considération les corrélations entre électrons.
Des méthodes plus avancées, comme LDA+U, qui empruntent
aux Hamiltoniens modèles, seront utilisées afin de vérifier si
Densité de charge électronique d’un plan cuivre-oxygène du YBa 2Cu 3O y calculé
à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de densité.
Référence
[1] “Pseudogap and Spin Fluctuations in the Normal State of Electron-Doped
Cuprates”, B. Kyung, V. Hankevych, A.-M. Daré et A.-M.S. Tremblay,
Phys. Rev. Lett. 93, 147004 (2004).
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