Thermodynamic study of the mixed state in YBa2Cu3O7 (YBCO, YBa$_2$Cu$_3$O$_{7-\delta}$)
Etude thermodynamique de l'etat mixte dans YBa2Cu3O7 (YBCO, YBa$_2$Cu$_3$O$_(7-\delta)$)
Résumé
The mixed phase of type II superconductors is characterised by the existence of vortices of supercurrent that each enclose a magnetic flux quantum. Whereas the vortices order themselves in a lattice for most fields and temperatures in the mixed phase of conventional superconductors, the phase diagram for the high critical temperature superconductors is much more complex. We present here a thermodynamic study of the system of vortices for YBa$_2$Cu$_3$O$_(7-x)$, mainly based on specific heat experiments, but also on magnetisation measurements. To carry out the experimental work a modulated temperature calorimeter was developed, allowing us to achieve a very good resolution over a wide range of magnetic field. Our results confirm the existence of a first order thermodynamic transition in the mixed phase. We also present an original way to test the presence of a possible hysteresis associated with this transition by exploiting the oscillatory principle of our technique. The question of the existence of a low temperature high field vortex phase is dicussed. Above a characteristic field B$_(cr)$, which can reach very high values depending on the sample (up to 26 T), we find the latent heat associated with the first order transition disappears and the transition becomes continuous. By performing both magnetisation and specific heat experiments we show that B$_(cr)$ is related to pinning of the vortices. The existence of a third thermodynamically stable vortex phase at high field, different from the two phases at low field separated by the first order transition, does not seem to be compatible with our data.
L'état mixte des supraconducteurs de type II est caractérisé par l'existence de vortex, quanta de flux définis par des boucles de supercourants. Alors que dans les supraconducteurs conventionnels ces vortex s'ordonnent en réseau dans pratiquement tout l'état mixte (réseau d'Abrikosov), le diagramme de phase dans le plan champ-température est beaucoup plus riche dans les supraconducteurs à haute température critique. Nous présenterons ici une étude thermodynamique du système de vortex dans le composé YBa$_2$Cu$_3$O$_((7-x))$, réalisée principalement par des mesures des chaleur spécifique, mais également par des mesures d'aimantation. Expérimentalement, nous avons porté nos efforts sur le développement d'un calorimètre par modulation de température, atteignant ainsi une très bonne résolution et permettant le travail sous champ magnétique élevé. Nos mesures confirment l'existence d'une transition thermodynamique, du premier ordre, dans le système de vortex. Nous présentons de plus un test original de la présence éventuelle d'une hystérésis lors de cette transition, grâce au principe alternatif de notre mesure. Nous discutons aussi la question de l'existence d'une phase de vortex basse température haut champ. En effet au dessus d'un champ caractéristique B$_(cr)$, qui peut être très élevé selon l'échantillon (jusqu'à 26 T), la chaleur latente disparaît et la transition devient continue. Le couplage entre mesures d'aimantation et mesures de chaleur spécifique montre l'importance du désordre dans cette disparition, et nous explorons plusieurs hypothèses pour expliquer nos résultats. L'existence d'une phase de vortex entièrement différente des deux phases mises en jeu lors de la transition du premier ordre à bas champ ne semble pas compatible avec nos mesures.