Mohammadmehdi Torkzadeh, doctorant dans l’équipe Spectroscopie des nouveaux états quantiques, soutient sa thèse le mardi 13 mars 2023 à 14 h.
Barre 22-23, 3e étage, salle 317
Spectroscopie locale de matériaux corrélés bidimensionnels
Résumé
La plupart des ”supraconducteurs non conventionnels” découverts récemment, tels que les supraconducteurs organiques quasi unidimensionnels (Q1D) ou les supraconducteurs d’oxydes de cuivre quasi bidimensionnels (Q2D), partagent une propriété commune : ils présentent un diagramme de phase général où la supraconductivité a une frontière commune avec une phase magnétiquement ordonnée. L’une des méthodes consiste à appliquer une pression afin d’induire la supraconductivité comme dans les supraconducteurs organiques (Q1D). L’autre façon est d’induire la supraconductivité par dopage comme dans les cuprates et dans α-Sn/Si(111). Dans ce cadre, nous avons étudié les propriétés de l’α-Sn/Si(111) et du supraconducteur organique, (TMTSF)2ClO4 en utilisant les techniques de microscopie à effet tunnel et de spectroscopie (STM et STS). En commençant par α-Sn/Si(111), une classe de cristaux de surface corrélés appelée phase fait l’objet d’une attention soutenue. Ils consistent en une monocouche de faible densité (1/3 de monocouche) d’atomes de métal (Pb ou Sn) cultivés sur des substrats semi-conducteurs comme Si (111) ou Ge(111). Récemment, il a été démontré que l’α-Sn/Si(111) possède des propriétés supraconductrices avec une transition de phase de l’isolant de Mott au supraconducteur par dopage, qui ressemble à celle qui se produit dans les cuprates, des supra- conducteurs plus complexes à haute température. Alors que la structure de α-Sn/Si(111) est très simple, ce qui en fait un très bon candidat pour comprendre la physique des cuprates, son état fondamental d’isolation de Mott est encore débattu. Dans ce cadre, en utilisant le STM et le STS à basse température, nous avons montré que l’état fondamental de ce matériau est un isolant à bande avec un gap de 650 meV, plus de 10 fois supérieur aux valeurs précédemment rapportés, piloté par une interaction d’échange entre les atomes de Sn et les atomes de la surface du substrat. De plus, cet état est accompagné d’un ordre antiferromagnétique en rangées déduit de mesures d’interférences quasi-particulaires(QPI) et de calculs avancés de théorie fonctionnelle de la densité (DFT). En outre, nous avons également étudié par STSα-Pb/Ge(111) comme un autre exemple de matériaux corrélés 2d et, en effet, nous avons trouvé un grand appauvrisse- ment autour de la densité d’états du niveau de Fermi indiquant un mauvais état fondamental métallique. En ce quiconcerne (TMTSF)2ClO4, nous avons mesuré le spectre d’excitation supraconducteur de ce supraconducteur Q1D, en utilisant le STS pour la première fois. Le (TMTSF)2ClO4 est un supraconducteur à pression ambiante qui présente un point critique quantique avec une compétition entre l’onde de densité de spin (isolant) et l’ordre supraconducteur. Dans le bulk, ces e´tats fondamentaux peuvent coexister l’un avec l’autre en jouant sur la vitesse de refroidissement. Nous avons montré que le clivage de surface offre un autre moyen de sonder cette coexistence de phases pour des échantillons supraconducteurs nominalement massifs, conduisant à des propriétés électroniques granulaires de surface. Enfin, dans le con- texte de la supraconductivité non conventionnelle, nous avons effectué pour la première fois des mesures STM/STS sur le gaz d’électrons 2D supraconducteur (2-DEG) formé à l’interface de KTO/Al2O3. Nous avons développé une nouvelle méthode pour réaliser des cartes STS sur cette couche 2-DEG qui est enterrée sous la surface.
Local Spectroscopy of two-dimensional correlated materials
Abstract
Most of the recently discovered so-called “unconventional superconductors,” such as the quasi-one-dimensional (Q1D) organic superconductors, or quasi-two-dimensional (Q2D) cop- per oxides superconductors share a unifying property: they exhibit a general phase diagram where superconductivity has a common border with a magnetically ordered phase. One way is to apply pressure in order to induce superconductivity like in (Q1D) organic superconductors.
The other way is to induce superconductivity by doping like in Cuprates and in α-Sn/Si(111). In this framework we have studied the properties of α-Sn/Si(111) and organic superconductor, (TMTSF)2ClO4 using scanning tunneling microscopy and spectroscopy (STM and STS) techniques.
Jury
- Mme Pascale Diener (ISEN/IEMN, Lille, rapportrice)
- M. Jean-Yves Veuillen (Univ. Grenoble Alpes, Grenoble, rapporteur)
- M. Hervé Aubin (C2N, Orsay, examinateur )
- M. Michele Casula (IMPMC, Paris, examinateur)
- M. Bertrand Kierren (Institut Jean Lamour, Nancy, examinateur)
- M. Tristan Cren (directeur de thèse)
- M. Christophe Brun (Co-directeur de thèse)
