“Un gap peut en cacher un autre”
Une exploration de la phase supraconductrice des cuprates par sonde Raman électronique

Mathieu Le Tacon (1, 2)

1 MPQ (UMR_7162) - Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques
2 LPS - Laboratoire de Physique des Solides

We present here an electronic Raman scattering study of charge dynamics in superconducting cuprates. Selection rules allow us to probe different parts of the Fermi surface. Among them, we focus on the nodal regions, where the d-wave superconducting gap of cuprates vanishes, and the anti-nodal regions, where it reaches its maximum value. Systematic measurements of the evolution of nodal and anti-nodal Raman responses
with doping show that a BCS-like description of the superconducting condensate was satisfactory for the optimally and over-doped regions of cuprate's phase diagram, but absolutely not for under-doped one. Indeed, in this case our measurements have revealed
the existence of two distinct energy scales, behaving in opposite ways as doping decreases from optimal doping. Temperature dependence as well as impurity substitution effects were measured and have shown that the energy scale associated with anti-nodal regions was a signature of the pseudogap, rather than the superconducting gap, as usually it is admitted. The superconducting gap can be detected only in the
nodal regions, and its amplitude tracks the superconducting critical temperature Tc, as expected. Finally, the effect of magnetic and non-magnetic impurities on the fully symmetric A1g response confirms the presence in the charge channel, of a mode related
to a collective spin excitation, namely, the neutron resonance.

Nous présentons ici une étude par diffusion Raman électronique de la dynamique des charges dans l'état supraconducteur des cuprates. L'utilisation de règles de sélection nous permet de sonder différentes régions de la surface de Fermi, plus particulièrement les régions nodales, où le gap supraconducteur de symétrie d des cuprates s'annule, et les régions anti-nodales, où il atteint sa valeur maximale. Des mesures systématiques de l'évolution avec le dopage des réponses nodales et anti-nodales ont permis de montrer qu'une simple description de type BCS du condensât superfluide était satisfaisante pour les régions optimalement et légèrement sur-dopées du diagramme de phase des cuprates, mais parfaitement inadaptée en ce qui concerne l'état supraconducteur des cuprates sous-dopés. Dans ce dernier en effet, nos mesures ont permis de révéler l'existence de deux échelles d'énergie distinctes, se comportant de manière antagoniste lorsque le dopage diminue. Des expériences menées en fonction de la température et de substitutions d'impuretés indiquent que l'échelle d'énergie associée aux régions anti-nodales est une signature du pseudogap, plutôt que du gap supraconducteur comme cela est généralement admis. Ce gap supraconducteur est en revanche visible dans les régions nodales,
et son amplitude suit, comme on s'y attendrait, la température critique de transition supraconductrice Tc. Enfin, l'effet d'impuretés magnétiques et non-magnétiques sur la réponse A1g qui sonde l'ensemble de la surface de Fermi, confirme la présence dans le canal de charge d'un mode lié à une excitation collective de spins, la résonance neutrons.

Mots clés: Cuprate; diffusion Raman électronique; Raman; gap; nodal; anti-nodal; impuretés; mercurates; Hg-1201

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

Mathieu Le Tacon. “Un gap peut en cacher un autre”
Une exploration de la phase supraconductrice des cuprates par sonde Raman électronique. Supraconductivité [cond-mat.supr-con]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00116838⟩