Cristallogénèse et étude des excitations magnétiques du supraconducteur non conventionnel Sr 2 RuO 4
Résumé
The main subject of this thesis is the study of the unconventional superconductor Sr2Ru04. In this compound the Cooper pairing is not due to electron-phonon interaction but is more likely related to spin fluctuations, as in superfluid 3He. A p-wave symmetry is often invoked, induced by hypothetical ferromagnetic spin fluctuations. To address this problem, the first step was to grow and characterize high-purity single crystals. Some of the crystals I made are several cm long and 4.5 mm diameter. They were used for the study of the magnetic excitations in Sr2RuO4 by inelastic neutron scattering. These measurements confirmed that the spin fluctuations at the incommensurate wave vector Qo = ±2pi/3a, ±2pi/3a,0) are the main magnetic excitations in both the normal and superconducting states. Qo is the nesting vector of the Fermi surface. By studying these fluctuations along the c-axis, we showed that the magnetic correlations are two-dimensional. Additional measurements suggest that the dynamical spin susceptibility is isotropic in spin space. The fact that the incommensurate magnetic scattering is predominant and that the expected ferromagnetic spin fluctuations are not observed suggest that the simplistic model of p-wave superconductivity has to be reconsidered. Recent theories suggest an f-wave superconducting order parameter consistent with incommensurate spin fluctuations. However, our results do not show any connection between the most commonly spin-state of the superconducting order parameter (spins in the a-b plane and d-vector along the c-axis) and the incommensurate spin fluctuations.
Cette thèse a pour objet l'étude du supraconducteur non conventionnel Sr2RuO4. Dans ce supraconducteur, le mécanisme d'appariement des paires de Cooper ne serait pas dû au couplage électron-phonon mais plutôt lié aux fluctuations de spins, comme dans l' 3 He superfluide. On pense de plus qu'il serait de symétrie p, induite par d'hypothètiques fluctuations ferromagnétiques. Pour attaquer ce problème, la première étape est l'élaboration de monocristaux avec d'excellentes propriétés physico-chimiques. J'en ai synthétisé avec des tailles de l'ordre de quelques cm de long et 4.5 mm de diamètre. Ils ont servi à étudier les excitations magnétiques dans Sr2RuO4 par des mesures de diffusion inélastique des neutrons. Ces mesures ont confirmé que les fluctuations de spin autour du vecteur d'onde Q0 = ( ± 2 pi/3a, ±2pi=3a,0) dominent le spectre des excitations magnétiques aussi bien dans la phase normale que dans la phase supraconductrice. Q0 est un vecteur d'emboîtement de la surface de Fermi. Par l'étude de ces fluctuations le long de l'axe c, nous avons mis en évidence le caractère bidimensionnel des corrélations électroniques dans Sr2RuO4. Des études complémentaires ont permis de montrer que la susceptibilité dynamique est isotrope dans l'espace des spins. Le fait que ces excitations incommensurables dominent et que les fluctuations de spin ferromagnétiques attendues n'aient pas été observées fait reconsidérer l'image simpliste d'une supraconductivité de symétrie p. Des théories récentes proposent un paramètre d'ordre supraconducteur de type f compatible avec ces fluctuations de spin incommensurables. Il n'en reste pas moins que nos résultats ne montrent aucun point commun entre l'état de spin du paramètre d'ordre le plus utilisé (spin dans le plan et d selon l'axe c) et les fluctuations incommensurables de spin observées.