Tuning the spin-triplet superconducting state by a magnetic field in UTe2 and UCoGe.
Contrôle de la supraconductivité spin-triplet par un champ magnétique dans UTe2 et UCoGe
Résumé
In 2018, superconductivity was discovered in the paramagnetic compound UTe2 between 1.5 and 2 K. The possibility of spin-triplet superconductivity, possibly induced by ferromagnetic fluctuations, and of topological superconductivity, has triggered a lot of study. Nevertheless, the pairing symmetry and mechanism remain unknown.A striking property of UTe2 at ambient pressure is its resilience to magnetic field. For a certain range of angles in the crystal, superconductivity is detected up to 60 T. Also, for a field along the b-axis of hard magnetisation, superconductivity is enhanced above 15 T up to a metamagnetic transition occurring at Hm = 34.5 T.A major result of this work is the discovery of a thermodynamic transition line between two superconducting phases in the H-T phase diagram along the b axis. These measurements reveal the emergence of a second superconducting phase above 15 T when a field is applied along the b-axis. Moreover, they show that the two phases are of a different nature, not corresponding to a simple change of symmetry of the superconducting order parameter as proposed in previous theoretical studies. They confirm, as suggested by the pressure studies, that there are two competing pairing mechanisms in UTe2. A likely scenario would be a low-field spin-triplet superconducting phase, possibly driven by ferromagnetic fluctuations, and a high-field spin-singlet phase, possibly driven by anti-ferromagnetic fluctuations as the metamagnetic transition approaches.Specific heat measurements were also performed on the ferromagnetic superconductor UCoGe. It is a strong candidate for spin-triplet superconductivity. Despite its discovery sixteen years ago (2007), few thermodynamic measurements have been made. Our specific heat measurements have allowed us to establish a first complete thermodynamic phase diagram. A more detailed analysis of the results allows to demonstrate in a “direct” way the suppression of the pairing mechanism for magnetic fields applied along the easy magnetisation axis, and also shows a very unusual behaviour of the order parameter at low fields in the directions of hard magnetisation.
En 2018, la supraconductivité a été découverte dans le composé paramagnétique UTe2 entre 1.5 et 2 K. La possibilité d'une supraconductivité spin triplet, peut-être induite par des fluctuations ferromagnétiques, et d'une supraconductivité topologique, a déclenché de très nombreuses études. Néanmoins, la symétrie d'appariement et le mécanisme restent inconnus.Une propriété frappante d’UTe2 à pression ambiante est sa résilience au champ magnétique. Pour une certaine gamme d’angles dans le cristal, la supraconductivité est détectée jusqu'à 60 T. De plus, pour un champ le long de l'axe b de difficile aimantation, la supraconductivité est renforcée au-dessus de 15 T jusqu'à une transition métamagnétique se produisant à Hm = 34.5 T.Un résultat majeur de ce travail est la découverte d’une ligne de transition thermodynamique entre deux phases supraconductrices dans le diagramme de phase H-T le long de l’axe b. Ces mesures révèlent ainsi l'émergence d'une seconde phase supraconductrice au-dessus de 15 T lorsqu'un champ est appliqué le long de l'axe b. De plus, elles montrent que les deux phases sont de nature différente, ne correspondant pas à une simple changement de symétrie du paramètre d'ordre supraconducteur comme proposé dans des études théoriques antérieures. Elles confirment, comme suggéré par les études sous pression, qu’il y a deux mécanismes d’appariement en compétition dans UTe2. Un scénario probable serait une phase supraconductrice spin triplet à bas champ, possiblement médiée par des fluctuations ferromagnétiques, et une phase singulet de spin à haut champ, possiblement médiée par des fluctuations anti-ferromagnétiques à l’approche de la transition métamagnétique.Des mesures de chaleur spécifique ont également été effectuées sur le supraconducteur ferromagnétique UCoGe. Il s'agit d'un d'un candidat sérieux à la supraconductivité spin triplet. Malgré sa découverte il y a seize ans (2007), peu de mesures thermodynamiques ont été effectuées. Nos mesures de chaleur spécifique ont permis d'établir un premier diagramme de phase thermodynamique complet. Une analyse plus détaillée des résultats a permis de mettre en évidence de façon « directe » la suppression du mécanisme d’appariement pour des champs magnétiques appliqués dans l’axe de facile aimantation et montre aussi une évolution très inhabituelle du paramètre d’ordre supraconducteur à bas champ dans les directions de difficiles aimantation.
Origine : Version validée par le jury (STAR)