Competition of ground states in URu2Si2 and UCoGe

Compétition d'états fondamentaux dans URu2Si2 et UCoGe

Elena Hassinger (1)

1 SPSMS - UMR 9001 - Service de Physique Statistique, Magnétisme et Supraconductivité

In this thesis two heavy fermion compounds have been studied under pressure. URu2Si2 has a mysterious ground state below T0 = 17.5 K at ambient pressure. The order parameter has not been identified yet, which led to the name “hidden order” (HO). Below 1.5 K the system becomes additionally superconducting. With pressure, the ground state switches from the hidden order phase to an antiferromagnetic (AF) phase at a critical pressure and superconductivity is concomitant suppressed. Shubnikov-de Haas measurements under pressure show that the Fermi surface doesn't change between the two phases. The folding of the Fermi surface which happens in the high pressure AF phase therefore already happens in the HO phase, indicating a unit cell doubling. Our measurements of the complete angular dependence of the oscillation frequencies test the electronic structure and support new theoretical band structure calculations with rather itinerant 5f electrons. The second part of my research focuses on another uranium compound, UCoGe. It is one of the few known materials where superconductivity (Tsc = 0.6 K) coexists with ferromagnetism (TC = 2.8 K). Precise studies of the pressure phase diagram by resistivity, ac calorimetry and ac susceptibility show that the ferromagnetic phase is suppressed at a pressure of about 1 GPa and the superconducting phase extends into the paramagnetic phase induced by pressure. Ferromagnetism is rapidly suppressed when superconductivity appears first on cooling. Thus, its pressure phase diagram is unique in the class of ferromagnetic superconductors.

Dans cette thèse, deux composés à fermions lourds ont été étudiés sous pression. L'état fondamental en dessous de T0 = 17.5 K dans URu2Si2 est appelé "ordre caché (HO), parce que le paramètre d'ordre n'a pas encore été trouvé. A 1.5 K, le système devient en plus supraconducteur. Sous pression, le système devient antiferromagnetique (AF) au dessus d'une pression critique. Des mesures Shubnikov-de Haas sous pression montre, que la surface de Fermi ne change pas entre les deux phases. Dans la phase AF, le dédoublement de la maille implique une reconstruction de la surface de Fermi. Vu que celle-ci ne change pas sous pression, ce dédoublement doit avoir lieu déjà dans l'HO. Nos mesures de la dépendance angulaire des fréquences d'oscillation supportent des nouveau calcules de bande dans le cas d'électrons plutôt itinérant. Comme deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié le diagramme de phase sous pression du supraconducteur (SC) ferromagnétique (FM) UCoGe (TC = 2.8 K,Tsc = 0.6 K). Les mesures de résistivité, ac calorimétrie et ac susceptibilité montrent que la phase FM est supprimé a environs 1 GPa mais la phase SC existe jusque dans la phase paramagnétique induite par la pression. Ce diagramme de phase est unique dans la classe des supraconducteurs ferromagnétiques.

Mots clés: systèmes à fermions lourds; URu2Si2; hidden order; UCoGe; supraconducteurs ferromagnétiques; diagramme de phase sous pression; oscillations quantiques; heavy fermion systems; ferromagnetic superconductors; pressure phase diagram; quantum oscillations

Domaines: Supraconductivité [cond-mat.supr-con]

Elena Hassinger. Competition of ground states in URu2Si2 and UCoGe. Superconductivity [cond-mat.supr-con]. Université de Grenoble, 2010. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00533732⟩