Study of the coexistence of superconductivity and ferromagnetism in the compound URhGe
Etude de la coexistence de la supraconductivité et du ferromagnétisme dans le composé URhGe
Résumé
As ferromagnetism and superconductivity are usually considered to be antagonistic, the discovery of their coexistence in UGe2 and URhGe has attracted a lot of interest. The mechanism to explain such a state has, however, not yet been fully elucidated. In these compounds superconductivity may be unconventional: Cooper pairs could be formed by electrons with parallel spins and magnetic fluctuations might be involved in the pairing mechanism.
This thesis deals with the study of the ferromagnet superconductor URhGe. URhGe becomes ferromagnetic below a Curie temperature of 9.5 K, with a spontaneous moment aligned to the c-axis of its orthorhombic crystal structure. For temperatures below 260 mK and fields lower than 2 Tesla, superconductivity was first observed in 2001. The thesis reports the discovery of a second pocket of superconductivity. This new pocket of superconductivity appears in single crystals at higher fields applied close to the b-axis, enveloping a sudden magnetic moment rotation transition at HR=12 Tesla. Detailed studies of the field induced metamagnetic transition and superconductivity are presented. This work suggests that there is a quantum critical point in the magnetic phase diagram. The role of the magnetic fluctuations emerging from this quantum critical point to the pairing mechanism giving superconductivity is discussed.
This thesis deals with the study of the ferromagnet superconductor URhGe. URhGe becomes ferromagnetic below a Curie temperature of 9.5 K, with a spontaneous moment aligned to the c-axis of its orthorhombic crystal structure. For temperatures below 260 mK and fields lower than 2 Tesla, superconductivity was first observed in 2001. The thesis reports the discovery of a second pocket of superconductivity. This new pocket of superconductivity appears in single crystals at higher fields applied close to the b-axis, enveloping a sudden magnetic moment rotation transition at HR=12 Tesla. Detailed studies of the field induced metamagnetic transition and superconductivity are presented. This work suggests that there is a quantum critical point in the magnetic phase diagram. The role of the magnetic fluctuations emerging from this quantum critical point to the pairing mechanism giving superconductivity is discussed.
Ferromagnétisme et supraconductivité sont habituellement considérés comme deux ordres antagonistes, aussi la découverte de leur coexistence dans URhGe et UGe2 a généré beaucoup d'intérêt. Le mécanisme expliquant un tel état n'a cependant pas encore était totalement élucidé. La supraconductivité dans ces composés serait non conventionnelle: les fluctuations magnétiques pourraient être responsables de l'appariement des électrons en paires de Cooper avec des spins parallèles.
Cette thèse porte sur l'étude du composé ferromagnétique supraconducteur URhGe. URhGe devient ferromagnétique en dessous d'une température de Curie de 9,5 Kelvin, avec des moments spontanés alignés selon l'axe c de sa structure orthorhombique. Pour des températures inférieures à 260 mK et des champs plus petits que 2 Tesla, une phase supraconductrice a été observée dès 2001. Au cours de cette thèse une deuxième phase supraconductrice induite sous champ a été mise en évidence dans des monocristaux pour des hauts champs magnétiques appliqués selon l'axe b des cristaux. Cette deuxième poche de supraconductivité enveloppe une transition métamagnétique ayant lieu pour un champ de 12 Tesla. Nous présentons dans ce manuscrit une étude détaillée de cette supraconductivité et de sa relation avec la transition métamagnétique. Nous discutons de l'existence d'un point critique quantique dans le diagramme de phase magnétique et du rôle des fluctuations magnétiques émergeant de ce point critique quantique dans le mécanisme d'appariement des électrons.
Cette thèse porte sur l'étude du composé ferromagnétique supraconducteur URhGe. URhGe devient ferromagnétique en dessous d'une température de Curie de 9,5 Kelvin, avec des moments spontanés alignés selon l'axe c de sa structure orthorhombique. Pour des températures inférieures à 260 mK et des champs plus petits que 2 Tesla, une phase supraconductrice a été observée dès 2001. Au cours de cette thèse une deuxième phase supraconductrice induite sous champ a été mise en évidence dans des monocristaux pour des hauts champs magnétiques appliqués selon l'axe b des cristaux. Cette deuxième poche de supraconductivité enveloppe une transition métamagnétique ayant lieu pour un champ de 12 Tesla. Nous présentons dans ce manuscrit une étude détaillée de cette supraconductivité et de sa relation avec la transition métamagnétique. Nous discutons de l'existence d'un point critique quantique dans le diagramme de phase magnétique et du rôle des fluctuations magnétiques émergeant de ce point critique quantique dans le mécanisme d'appariement des électrons.