SUPRACONDUCTIVITE, MAGNETISME ET PROPRIETES ELECTRONIQUES DES NOUVEAUX PNICTIDES A BASE DE fER – PNICTIDES

La découverte récente de la supraconductivité dans des composés à base de fer, les pnictures de fer, a provoqué une grande excitation dans la communauté scientifique. Ces composés apparaissent en effet comme une nouvelle classe de supraconducteurs à haute température critique avec des applications potentielles intéressantes, et qui possèdent leur propre originalité tout en apportant un une nouvelle voie pour l’étude et la compréhension de la supraconductivité non conventionnelle dans d’autres classes de composés. Cela a donc engendré des efforts de recherche importants à travers le monde afin d’étudier leurs propriétés physiques.
Les pnictures de fer partagent de nombreuses similarités avec les cuprates: ils présentent tous deux une structure lamellaire et les composés non dopés sont antiferromagnétiques. Dans les pnictures, c’est le dopage en trous ou en électrons des couches de fer par substitution chimique ou par l’application d’une pression qui détruit l’antiferromagnétisme et permet l’apparition de la supraconductivité. La proximité de la supraconductivité et de l’état antiferromagnétique suggère que le mécanisme d’appariement est relié, comme dans les cuprates, aux degrés de liberté des spins.
Par contre, malgré les similarités observées dans leurs diagrammes de phase, il est déjà bien établi que la physique sous-jacente de ces composés est différente, notamment au niveau de leurs structures électroniques. Contrairement aux cuprates où seule l’orbitale 3dx2-y2 des atomes de cuivre intervient dans la structure de bandes au niveau de Fermi, toutes les bandes 3d des atomes de fer y participent, ce qui confère un comportement tout à fait original à ces nouveaux supraconducteurs à base de fer.
Le présent projet vise à une compréhension globale de la physique de ces composés en préparant des échantillons bien caractérisés parmi les différentes familles et en utilisant une série de techniques expérimentales complémentaires en association avec des études théoriques. Il repose sur une forte synergie entre synthèse de matériaux, méthodes macroscopiques et locales d’investigation expérimentale et calculs théoriques. L’association de ces différentes études constitue notre originalité et notre force dans ce domaine de haute compétition internationale. Ceci devrait en particulier nous permettre d’apporter des contributions significatives (i)sur la structure électronique des pnictures de fer, grâce à la confrontation de résultats obtenus expérimentalement (mesures de transport et d’ARPES) et par calculs de structure de bande, (ii) sur la nature microscopique de l’état magnétique en utilisant des sondes locales différentes tels que la RMN, la µSR ou la spectroscopie Mössbauer, (iii) sur les processus de diffusion mis en jeu dans les propriétés de transport, et (iv) la symétrie du paramètre d’ordre supraconductivité par des mesures complémentaires d’ARPES et de diffusion Raman.
Les différentes équipes de recherche engagées dans ce projet ont acquis par le passé une reconnaissance internationale dans le domaine de la supraconductivité non conventionnelle et les systèmes d’électrons fortement corrélés. Ils travaillent depuis plusieurs années en collaboration étroite, ce qu’il leur a permis de démarrer depuis un an une activité sur ces nouveaux supraconducteurs, reconnue par une série de publications. Le soutien financier de ce projet ANR est essentiel pour nous permettre de stimuler ce sujet de recherche, asseoir la position de la communauté française dans ce domaine très compétitif au niveau international et créer un environnement scientifique apte à attirer les meilleurs étudiants et post-docs français et étrangers.