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Diagramme de phase thermodynamique de l’ordre de charge statique dans YBa2Cu3Oy sous-dopé

Dans le cuprate supraconducteur à haute Tc, YBa2Cu3Oy, des mesures de résonance magnétique nucléaire (RMN) réalisées au LNCMI-Grenoble ont révélé qu’un champ magnétique assez intense pour déstabiliser la supraconductivité, induit un ordre de charge qui brise la symétrie de translation de la structure du cristal. Cette expérience a apporté une explication claire sur l’origine de la reconstruction de la surface de Fermi déduite des oscillations quantiques et des expériences d’effet Hall effectuées au LNCMI Toulouse. Toute la question est maintenant de savoir si cette nouvelle phase est nuisible à la supraconductivité ou si au contraire, c’est un ingrédient essentiel pour faire apparaître la supraconductivité. En effet, l’appariement en paires de Cooper peut provenir des fluctuations d’un ordre en compétition apparaissant à proximité d’un point critique quantique. Pour établir le rôle de cet ordre de charge par rapport au mécanisme de la supraconductivité, il faut montrer que le diagramme de phase comporte une ligne associée à une transition de phase due à l’apparition de l’ordre de charge, qui se termine à un point critique quantique (c’est-à-dire à un dopage critique) sous le dôme supraconducteur.

Figure 1 : Diagramme de phase déduit des mesures de la vitesse du son dans le mode longitudinal c11. Les cercles rouges correspondent à l’apparition de l’ordre de charge statique (Bco), les diamants noirs montrent la ligne d’irréversibilité (fusion du réseau de vortex) et le diamant vert correspond à l’apparition de l’ordre de charge déduit des expériences de RMN à un dopage similaire.

Des chercheurs du LNCMI Toulouse et Grenoble ont franchi une première étape vers cet objectif en mesurant la vitesse du son en champ magnétique pulsé et statique dans YBa2Cu3O6.55 sous-dopé. La vitesse du son est une grandeur thermodynamique qui est très sensible aux transitions de phase, avec une résolution typique de l’ordre du ppm. En dessous de environ 50 K, la dépendance en champ magnétique de la vitesse du son montre de fortes anomalies associées à l’apparition de l’ordre de charge. C’est la première signature thermodynamique d’une transition de phase vers l’ordre de charge. Cette observation implique que cet ordre de charge est statique et à trois dimension. Ces mesures ont permis de reconstruire le diagramme de phase (B, T), qui met en évidence la compétition entre supraconductivité et ordre de charge (voir fig. 1). En outre, les propriétés tensorielles des constantes élastiques offrent la possibilité de déterminer la symétrie du paramètre d’ordre. En utilisant la théorie des groupes et en analysant les anomalies observées dans les mesures de la vitesse du son associée à différentes constantes élastiques, on peut en déduire que l’ordre de charge est modulé à la fois le long de l’axe a et de l’axe b de la structure cristalline. Cette analyse a des conséquences importantes sur la topologie de la surface de Fermi reconstruite.

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