Magnetic and high pressure studies in the YPd5B3C3 system

The macroscopic properties of the superconducting phase in the multiphase compound YPd5B3 C.3 have been investigated. The onset of superconductivity was observed at 22.6 K, zero resistance at 21.2 K, the lower critical field Hel at 5 K was determined to be Hel (5) rv 310 Gauss and the compound was found to be an extreme type-II superconductor with the upper critical field in excess of 55000 Gauss at 15 K. From the upper and lower critical field values obtained, several important parameters of the superconducting state were determined at T = 15 K. The Ginzburg-Landau paramater was determined to be ~ > 9 corresponding to a coherence length ~ rv 80A and magnetic penetration depth of 800A. In addition measurements of the superconducting transition temperature Te(P) under purely hydrostatically applied pressure have been carried out. Te(P) of YPd5B3 C.3 decreases linearly with dTe/dP rv -8.814 X 10-5 J

Magnetic properties of the Biâ Srâ CaCuâ Oâ single crystal

The Bi2Sr2CaCu20g single crystal with a superconducting transition temperature equal to 90 ± 2 K was prepared. The irreversibility line of the single crystal for a mgnetic field direction along the c-axis and T* in the ab-plane was determined. The reduced temperature (l - T ) is proportional to H 1.1 for fields below 004 T and proportional to HO.09 for fields above 0.4 T. The zero temperature upper critical field Hc2(0) and coherence length ~ (0) were determined from the magnetization meaurements to be H-lC2=35.9T , H//C2=31.2T, ~c(0)=35.0 A, and ~ab(0)=32.5A,and from the magnetoresistance measurements to be H-lc2 = 134.6T , H//C2=55.5T '~c(0)=38.1 A, and ~ab(0)=2404 A for both directions of the applied magnetic field. The results obtained for Hc2(0) and ~(O) are not reliable due to the rounding that the single crystal exhibits in the magnetization and magnetoresistance curves. The magnetization relaxation of the single crystal was investigated, and was found to be logarithmic in time, and the relaxation rate increases with temperature up to 50 -60 K, then decreases at higher temperatures.

Pressure dependence of spin fluctuations in metallic glasses Zrâ â Niâ â ,Zrâ â (Nix/Feâ â â -x)â â and /Zrx/feâ â â -x

The superconducting transition temperature Tc of metallic glasses ZrxFelOO-x (x=80, 75), Zr75(NixFelOO-x)25 (x=75, 50, 25), and CU2SZr75 were measured under quasi-hydrostatic pressure up to 8 OPa (80kbar). The volume (pressure) dependence of the electron-phonon coupling parameters Aep for CU25Zr75 was calculated using the McMillan equatio11. Using this volume dependence of Aep and the modified McMillan equation which incorporates spin-fluctuations, the volume dependence of the spin fluctuation parameter, Asf, was determined in Zr75Ni25, ZrxFelOO-x , a11d Zr75(NixFelOO-x)25. It was found that with increasing pressure, spinfluctuations are suppressed at a faster rate in ZrxFe lOO-x and Zr75(NixFelOO-x)25, as Fe concentration is increased. The rate of suppression of spin-fluctuations with pressure was also found to be higher in Fe-Zr glasses than in Ni-Zr glasses of similar composition.

Transmission measurements using a new far-infrared set-up

A system comprised of a Martin-Puplett type polarizing interferometer and a Helium-3 cryostat was developed to study the transmission of materials in the very-far-infrared region of the spectrum. This region is of significant interest due to the low-energy excitations which many materials exhibit. The experimental transmission spectrum contains information concerning the optical properties of the material. The set-up of this system is described in detail along with the adaptations and improvements which have been made to the system to ensure the best results. Transmission experiments carried out with this new set-up for two different varieties of materials: superconducting thin films of lead and biological proteins, are discussed. Several thin films of lead deposited on fused silica quartz substrates were studied. From the ratio of the transmission in the superconducting state to that in the normal state the superconducting energy gap was determined to be approximately 25 cm-1 which corresponds to 2~/kBTc rv 5 in agreement with literature data. Furthermore, in agreement with theoretical predictions, the maximum in the transmission ratio was observed to increase as the film thickness was increased. These results provide verification of the system's ability to accurately measure the optical properties of thin low-Tc superconducting films. Transmission measurements were carried out on double deionized water, and a variety of different concentrations by weight of the globular protein, Bovine Serum Albumin, in the sol, gel and crystalline forms. The results of the water study agree well with literature values and thus further illustrate the reproducibility of the system. The results of the protein experiments, although preliminary, indicate that as the concentration increases the samples become more transparent. Some weak structure in the frequency dependent absorption coefficient, which is more prominent in crystalline samples, may be due to low frequency vibrations of the protein molecules.

Far infrared spectroscopy of heavy fermion superconductor CeCoIn5 /

The optical response to far infrared radiation has been measured on a mosaic of heavy fermion CeCoIns single crystals. The superconducting transition temperature of the crystals has been determined by van der Pauw resistivity and ac-susceptibility measurements as Tc = 2.3 K. The optical measurements were taken above and below the transition temperature using a ^He cryostat and step and integrate Martin-Puplett type polarizing interferometer. The absolute reflectance of the heavy fermion CeCoIns in the superconducting state in range (0, 100)cm~^ was calculated from the measured thermal reflectance, using the normal state data of Singley et al and a low frequency extrapolation for a metallic material in the Hagen-Rubens regime. By means of Kramers-Kronig analysis the absolute reflectance was used to calculate the optical conductivity of the sample. The real part of the calculated complex conductivity a{u)) of CeCoIns indicates a possible opening of an energy gap close to 50 cm~^.

Pressure dependence of superconductivity in amorphous Ni x Zr 100-x alloys

Pressure variations of the superconducting transition temperature Ic of a series of amorphous NixZr 1 OO-x alloys have been studied under quasmydrostatic pressures upto 8 G Pa. For amorphous samples having Ni-concentration less than 40%, i)Tc/dP is positive in sign and it decreases non linearly with increase in I. whereasdTcldP is negative in sign for Ni concentration of 45%. Comparison with the Hall coefficient (I) and the thermoelectric power (2) results for the same amorphous alloys leads to the conclusion that s-d hybridization nature of the d-band (Nil plays a central role in the sign reversal behaviour. Application of pressures greater than 2 G Pa to Ni20ZrgO led to the formation of a new phase, w-Zr. which retains its form after the pressure is released.

Magnetic and transport properties of (Ba1-xKx)Fe2As2

Single crystals of (Bal - xKx)Fe2As2 were prepared using the Sn flux method. Two heating methods were used to prepare the single crystals: the slow heating and rapid heating methods. It was found that the single crystals grown using the slow heating method were not superconducting due to a significant loss of potassium. When the rapid heating method was used, the single crystals were observed to be superconducting with the desired potassium concentration. The energy dispersive X-ray spectroscopy analysis indicated the presence of multiple phases in the single crystals. Using single crystal X-ray diffraction, the crystal structure of the single crystals was found to be 14/mmm tetragonal at room temperature. The magnetic measurements on the single crystals indicated the presence of multiple phases and magnetic impurities.

Far infared reflectance along the C-axis of the charge stripe superconductor La1.875Ba0.125CuO4.

Reflectance measurements along the c-axis of La1.875 Bao.125CU04 at temperatures above(6K) and below(O.5K) the bulk superconducting transition temperature(3K) were performed using a Bruker rapid scan spectrometer and a Martin-Puplett polarizing spectrometer. It was found that when polarized light reflected from a sample the Bruker rapid scan spectrometer has a low frequency cutoff of lOcm-1 while the Martin-Puplett polarizing spectrometer has a low frequency cutoff of 6cm-1 A superconducting pla ma edge was absent in all measurements taken. It was concluded that if a superconducting plasma edge exists in La1.875Bao.125CU04 it is below 6cm-1.

The Effects of Annealing URu2Si2 on the Resistivity and Meissner Effect

The enigmatic heavy fermion URu2Si2, which is the subject of this thesis, has attracted intensive theoretical and experimental research since 1984 when it was firstly reported by Schlabitz et al. at a conference [1]. The previous bulk property measurements clearly showed that one second order phase transition occurs at the Hidden Order temperature THO ≈ 17.5 K and another second order phase transition, the superconducting transition, occurs at Tc ≈ 1 K. Though twenty eight years have passed, the mechanisms behind these two phase transitions are still not clear to researchers. Perfect crystals do not exist. Different kinds of crystal defects can have considerable effects on the crystalline properties. Some of these defects can be eliminated, and hence the crystalline quality improved, by annealing. Previous publications showed that some bulk properties of URu2Si2 exhibited significant differences between as-grown samples and annealed samples. The present study shows that the annealing of URu2Si2 has some considerable effects on the resistivity and the DC magnetization. The effects of annealing on the resistivity are characterized by examining how the Residual Resistivity Ratio (RRR), the fitting parameters to an expression for the temperature dependence of the resistivity, the temperatures of the local maximum and local minimum of the resistivity at the Hidden Order phase transition and the Hidden Order Transition Width ∆THO change after annealing. The plots of one key fitting parameter, the onset temperature of the Hidden Order transition and ∆THO vs RRR are compared with those of Matsuda et al. [2]. Different media used to mount samples have some impact on how effectively the samples are cooled because the media have different thermal conductivity. The DC magnetization around the superconducting transition is presented for one unannealed sample under fields of 25 Oe and 50 Oe and one annealed sample under fields of 0 Oe and 25 Oe. The DC field dependent magnetization of the annealed Sample1-1 shows a typical field dependence of a Type-II superconductor. The lower critical field Hc1 is relatively high, which may be due to flux pinning by the crystal defects.

Crystal Growth and Characterization of Li0.9Mo6O17

Purple bronze Li0.9Mo6O17 has attracted researchers for its low dimensionality and corresponding properties. Although it has been studied for nearly two decades, there are still some unsolved puzzles with this unique material. Single crystals of Li0.9Mo6O17 were grown using the temperature gradient flux technique in this research. The crystal growth was optimized by experimenting different conditions and good quality crystals were obtained. X-ray diffraction results have confirmed the right phase of the crystals. Resistivity measurements and magnetic susceptibility measurements were carried out, and anomalous electronic behaviors were found. All of the samples showed the metal-insulator transition near 20K, followed by behavior that differs from sample to sample: either superconducting, metallic or insulating behavior was observed below 2K. Li0.9Mo6O17 was considered as a quasi-one-dimensional crystal and also a superconducting crystal, which implies a dimensional crossover may occur at the metal-insulator transition. A two-band scenario of the Luttinger liquid model was used to fit the resistivity data and excellent results were achieved, suggesting that the Luttinger theory is a very good candidate for the explanation of the anomalous behavior of Li0.9Mo6O17. In addition, the susceptibility measurements showed Curie paramagnetism and some temperature independent paramagnetism at low temperature. The absence of any anomalous magnetic feature near 20K where the resistivity upturn takes place, suggests that a charge density wave mechanism, which has been proposed by some researchers, is not responsible for the unique properties of Li0.9Mo6O17.

Generalization of the BTK Theory to the Case of Finite Quasiparticle Lifetimes

A generalization to the BTK theory is developed based on the fact that the quasiparticle lifetime is finite as a result of the damping caused by the interactions. For this purpose, appropriate self-energy expressions and wave functions are inserted into the strong coupling version of the Bogoliubov equations and subsequently, the coherence factors are computed. By applying the suitable boundary conditions to the case of a normal-superconducting interface, the probability current densities for the Andreev reflection, the normal reflection, the transmission without branch crossing and the transmission with branch crossing are determined. Accordingly the electric current and the differential conductance curves are calculated numerically for Nb, Pb, and Pb0.9Bi0.1 alloy. The generalization of the BTK theory by including the phenomenological damping parameter is critically examined. The observed differences between our approach and the phenomenological approach are investigated by the numerical analysis.

Effet de la symétrie sur la supraconductivité de LaRhSi3 et la frustration magnétique du SrRE2O4 (RE = Dy ou Ho)

Dans la première partie, nous présentons les résultats de l'étude du supraconducteur sans inversion de symétrie LaRhSi3 par spectroscopie muonique. En champ nul, nous n'avons pas détecté de champ interne. Ceci indique que la fonction d'onde de l'état supraconducteur n'est pas dominée par l'état triplet. Les mesures en champ transverse de 35G présentent une transition en accord avec la transition de phase attendue sous le champ critique Hc1. Nous avons répété ces mesures pour un champ entre Hc1 et Hc2, 150G. Le spectre obtenu pour ces mesures conserve l'asymétrie et relaxe rapidement à basse température tel que prédit pour un supraconducteur dans la phase d'Abrikosov. Néanmoins, les relaxations produites par ce balayage en température présentent une transition à près de 2 fois la température critique attendue. Dans la deuxième partie de ce mémoire, nous donnons l'interprétation des résultats de la diffraction neutronique inélastique par l'étude des champs électriques cristallins. Ces mesures ont été effectuées sur des aimants frustrés SrHo2O4 et SrDy2O4 sous la forme de poudre. L'étude des niveaux produits par les champs cristallins par la méthode des opérateurs de Stevens indique une perte du moment cinétique dans les deux matériaux. Pour le SrDy2O4, l'état fondamental serait constitué de quatre états dégénérés quasi accidentellement qui portent un moment magnétique total non-nul. Toute fois, nos mesures de susceptibilité magnétique ne montrent aucun ordre au-dessus de 50mK. Pour le SrHo2O4, le fondamental est formé d'une paire accidentelle. Nous obtenons un moment magnétique de 6.94(8)$\mu_B$ ce qui s'accorde avec les données expérimentales.

Vers la fabrication d’échantillons permettant la condensation Bose-Einstein de polaritons excitoniques dans des cristaux d’anthracène en microcavités

Nous investiguons dans ce travail la création d'échantillons permettant l'étude du comportement des polaritons excitoniques dans les matériaux semi-conducteurs organiques. Le couplage fort entre les états excités d'électrons et des photons impose la création de nouveaux états propres dans le milieu. Ces nouveaux états, les polaritons, ont un comportement bosonique et sont donc capables de se condenser dans un état fortement dégénéré. Une occupation massive de l'état fondamental permet l'étude de comportements explicables uniquement par la mécanique quantique. La démonstration, au niveau macroscopique, d'effets quantiques promet d'éclairer notre compréhension de la matière condensée. De plus, la forte localisation des excitons dans les milieux organiques permet la condensation des polaritons excitoniques organiques à des températures beaucoup plus hautes que dans les semi-conducteurs inorganiques. À terme, les échantillons proposés dans ce travail pourraient donc servir à observer une phase cohérente macroscopique à des températures facilement atteignables en laboratoire. Les cavités proposées sont des résonateurs Fabry-Perot ultraminces dans lesquels est inséré un cristal unique d'anthracène. Des miroirs diélectriques sont fabriqués par une compagnie externe. Une couche d'or de 60 nanomètres est ensuite déposée sur leur surface. Les miroirs sont ensuite mis en contact, or contre or, et compressés par 2,6 tonnes de pression. Cette pression soude la cavité et laisse des espaces vides entre les lignes d'or. Une molécule organique, l'anthracène, est ensuite insérée par capillarité dans la cavité et y est cristallisée par la suite. Dans leur état actuel, les cavités présentent des défauts majeurs quant à la planarité des miroirs et à l'uniformité des cristaux. Un protocole détaillé est présenté et commenté dans ce travail. Nous y proposons aussi quelques pistes pour régler les problèmes courants de l'appareil.

Analyse des propriétés électroniques de supraconducteurs à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité

Cette thèse traite de la structure électronique de supraconducteurs telle que déterminée par la théorie de la fonctionnelle de la densité. Une brève explication de cette théorie est faite dans l’introduction. Le modèle de Hubbard est présenté pour pallier à des problèmes de cette théorie face à certains matériaux, dont les cuprates. L’union de deux théories donne la DFT+U, une méthode permettant de bien représenter certains systèmes ayant des électrons fortement corrélés. Par la suite, un article traitant du couplage électron- phonon dans le supraconducteur NbC1−xNx est présenté. Les résultats illustrent bien le rôle de la surface de Fermi dans le mécanisme d’appariement électronique menant à la supraconductivité. Grâce à ces résultats, un modèle est développé qui permet d’expliquer comment la température de transition critique est influencée par le changement des fré- quences de vibration du cristal. Ensuite, des résultats de calcul d’oscillations quantiques obtenus par une analyse approfondie de surfaces de Fermi, permettant une comparaison directe avec des données expérimentales, sont présentés dans deux articles. Le premier traite d’un matériau dans la famille des pnictures de fer, le LaFe2P2. L’absence de su- praconductivité dans ce matériau s’explique par la différence entre sa surface de Fermi obtenue et celle du supraconducteur BaFe2As2. Le second article traite du matériau à fermions lourds, le YbCoIn5. Pour ce faire, une nouvelle méthode efficace de calcul des fréquences de Haas-van Alphen est développée. Finalement, un dernier article traitant du cuprate supraconducteur à haute température critique YBa2Cu3O6.5 est présenté. À l’aide de la DFT+U, le rôle de plusieurs ordres magnétiques sur la surface de Fermi est étudié. Ces résultats permettent de mieux comprendre les mesures d’oscillations quan- tiques mesurées dans ce matériau.

Étude du champ magnétique interne de deux matériaux magnétiques et d'un supraconducteur sans symétrie d'inversion.

Cette thèse est divisée en trois parties. Une première section présente les résultats de l'étude de la formation de polarons magnétiques liés (BMP) dans le ferroaimant EuB6 par diffusion de neutrons à petits angles (SANS). La nature magnétique du système ferromagnétique est observée sous une température critique de 15K. La signature des BMP n'apparaît pas dans la diffusion de neutrons, mais ces mesures permettent de confirmer une limite inférieure de 100\AA à la longueur de cohérence des BMP (xi_{Lower}). Dans un second temps, l'étude du LaRhSi3, un supraconducteur sans symétrie d'inversion, par muSR et ZF-muSR nous permet de sonder le comportement magnétique du système dans la phase supraconductrice. Aucun champ magnétique interne n'a été détecté en ZF-muSR sous la température critique (T_c = 2.2K). Cela indique que la phase supraconductrice ne porte pas de moment cinétique intrinsèque. L'analyse du spectre d'asymétrie sous l'application d'un champ magnétique externe nous apprend que le système est faiblement type II par l'apparition de la signature de domaines magnétiques typique d'un réseau de vortex entre H_{c1}(0) et H_{c2}(0), respectivement de 80+/- 5 et 169.0 +/- 0.5 G. Finalement, la troisième section porte sur l'étude du champ magnétique interne dans l'antiferroaimant organique NIT-2Py. L'observation d'une dépendance en température des champs magnétiques internes aux sites d'implantation muonique par ZF-muSR confirme la présence d'une interaction à longue portée entre les moments cinétiques moléculaires. Ces valeurs de champs internes, comparées aux calculs basés sur la densité de spins obtenue par calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité, indiquent que la moitié des molécules se dimérisent et ne contribuent pas à l'ordre antiferromagnétique. La fraction des molécules contribuant à l'ordre antiferromagnétique sous la température critique (T_c = 1.33 +/- 0.01K) forme des chaines uniformément polarisées selon l'axe (1 0 -2). Ces chaines interagissent antiferromagnétiquement entre elles le long de l'axe (0 1 0) et ferromagnétiquement entre les plan [-1 0 2].