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AbstractAbstract
[en] The discovery in 2008 of superconductivity at a rather high temperature in the iron pnictides (Tc,max = 56 K) has revived the fundamental questions about the existence and the nature of the superconducting phase raised by the unconventional superconductors. In particular, the existence of an antiferromagnetic phase that is in vicinity of the superconducting phase in the phase diagram raises questions about the link between magnetism and superconductivity. These iron based superconductors have a generic phase diagram, but some exceptions are questioning a description that would be universal. We chose to study these cases through a local probe, nuclear magnetic resonance (NMR). Our observations have not only allowed us to understand the reasons for these exceptions, but also be used to better probe the magnetic correlations in these materials, a key ingredient for the understanding of superconductivity. First subject, the coexistence of superconductivity and magnetism: it was observed in most superconductors based on iron homogeneously or inhomogeneously, but always for magnetic states at low TN and low magnetic moments in accordance with nesting descriptions with low correlations. Yet a new compound Selenium came to question these conclusions with an apparent homogeneous coexistence between a strong macroscopic superconductivity (Tc ≅ 30 K) and a very strong antiferromagnetism (TN ≅ 600 K, magnetic moments of high value of 3.3 μB). This observation suggests a description rather in terms of Mott insulators, unlike other iron-based superconductors. Our NMR measurements show the existence of an effective phase separation and determine the stoichiometry and the electronic properties of the different phases, eventually reconciling this compound and other families. Second exception: in the archetype family BaFe2As2, all iron or arsenic on-site doping or even application of pressure leads to superconductivity, except in the case of Chrome or Manganese doping in Iron site, which does not cause the onset of superconductivity. Our NMR measurements have allowed us to probe the nature of the magnetic transition, but also the metallic state of the substituted compounds. We show in particular that the extra hole Manganese substituted in place of the iron is actually located on its atom and then manifested by a localized magnetic moment. This study of Manganese doping opens up the idea of using Manganese in low concentrations as a source of localized moments which magnetically polarize their environment. This polarization makes it possible to characterize the nature of the spin correlations. We used NMR and SQUID magnetometry, to measure the polarization in superconducting compounds to probe the spin correlations of these systems. We conclude that these correlations are rather low and independent of temperature in electrons doped compounds. (author)
[fr]
La decouverte en 2008 de supraconductivite a relativement haute temperature (Tc,max = 56 K) dans les pnictures de Fer a ravive les questions fondamentales sur l'origine et la nature de la supraconductivite poses par les supraconducteurs non conventionnels. En particulier, la presence d'une phase antiferromagnetique a proximite de celle supraconductrice dans leur diagramme de phase pose la question du lien entre magnetisme et supraconductivite. Ces supraconducteurs a base de Fe presentent un diagramme de phase generique, mais quelques exceptions remettent en question une description qui se voudrait universelle. Nous avons choisi d'etudier ces cas particuliers grace a une sonde locale, la resonance magnetique nucleaire (RMN). Nos observations nous ont non seulement permis de comprendre la raison de ces exceptions, mais aussi de s'en servir pour mieux sonder les correlations magnetiques dans ces materiaux, un ingredient cle pour la comprehension de la supraconductivite. Premier sujet, la coexistence de supraconductivite et de magnetisme: celle-ci a ete observee dans la plupart des supraconducteurs a base de Fer de facon homogene ou inhomogene, mais toujours pour des etats magnetiques a faible TN et faibles moments en accord avec des descriptions itinerantes a faibles correlations. Pourtant un nouveau compose au Selenium est venu remettre en cause ces conclusions en presentant une apparente coexistence homogene entre une forte supraconductivite macroscopique (Tc ≅ 30 K) et un tres fort antiferromagnetisme (TN ≅ 600 K, moments magnetiques de valeur elevee de 3.3 μB). Cette observation suggere donc une description ici plutot en terme d'isolants de Mott contrairement aux autres supraconducteurs a base de Fer. Nos mesures RMN permettent de montrer en fait l'existence d'une separation de phase et de statuer sur la stoechiometrie et les proprietes electroniques des differentes phases, pour finalement reconcilier ce compose et les autres familles. Deuxieme exception: dans la famille archetype BaFe2As2, tous les dopages sur site Fer ou Arsenic ou meme l'application de pression menent a la supraconductivite, sauf dans le cas du dopage au Manganese ou au Chrome en site Fer, qui ne provoquent pas l'apparition de la supraconductivite. Nos mesures RMN nous ont permis de sonder la nature de la transition magnetique, mais aussi l'etat metallique de ces composes substitues. Nous montrons en particulier que le trou supplementaire du Manganese substitue a la place du Fer reste en fait localise sur son site et se manifeste alors par un moment magnetique localise. Cette etude du dopage par le Manganese ouvre la voie a l'idee d'utiliser le Manganese en faible concentration comme source de moments localises qui polarisent magnetiquement leur environnement. Cette polarisation permet en effet de caracteriser la nature meme des correlations de spin. Nous avons donc utilise la RMN ainsi que la magnetometrie-SQUID pour mesurer cette polarisation dans des composes supraconducteurs pour sonder les correlations de spins de ces systemes. Nous concluons que ces correlations sont plutot faibles et independantes de la temperature dans les composes dopes en electrons. (auteur)Original Title
Diagramme de phase et correlations electroniques dans les supraconducteurs a base de Fer: une etude par RMN
Secondary Subject
Source
9 Jul 2013; 167 p; 258 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These de doctorat, Discipline: Physique
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
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