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Comment un supraconducteur à deux gaps réagit-il sous champ magnétique ?

La découverte en 2001 d’une transition supraconductrice à 40 K dans MgB2 a déclenché un émoi qui dépassa largement le fait d’observer une température critique « anormalement » élevée.

En effet, les calculs de structure électronique ont rapidement montré que la présence d’ions Mg2+ entre les feuillets de Bore conduisait à un dopage de leurs liaisons de valence (liaisons s, de type sp2) et que les trous ainsi obtenus étaient particulièrement bien couplés aux phonons donnant ainsi lieu à une température critique élevée. Son origine fut donc rapidement élucidée mais ces calculs montrèrent également que le niveau de Fermi coupe une seconde bande (liaisons p du Bore) pour laquelle le couplage électron-phonon est bien moins efficace ; pour la première fois un système pour lequel deux supraconducteurs coexistent dans un même matériau avait été découvert. Ces deux bandes supraconductrices sont néanmoins faiblement couplées et la supraconductivité peut ainsi être induite dans la bande π jusqu’à 40K (la température critique de cette bande n’excéderait pas 10K en l’absence de couplage). La question qui se posa alors était de comprendre l’influence du champ magnétique sur ces deux supraconducteurs. En combinant des mesures de chaleur spécifique alternative (Cp) et d’aimantation locale, nous avons pu déterminer de façon détaillée l’évolution du coefficient de Sommerfeld (γ= lim(Cp/T)|T→0) en fonction du champ magnétique B présent dans le matériau (voir figure 1) ainsi que l’évolution de ce coefficient en fonction de l’orientation du champ (voir insert de la figure 1).

Nous avons montré que le couplage entre les bandes permet également d’induire la supraconductivité dans la bande π pour des valeurs de B très largement supérieures au champ critique « intrinsèque » de cette bande.

Mais ceci ne peut se faire sans une décroissance de la longueur de cohérence (ξπ) associée à cette bande avec le champ B. Néanmoins, contrairement à la bande σ qui présente une anisotropie constante de l’ordre de 5-6, la bande π est pratiquement isotrope et cette décroissance s’interrompt donc lorsque ξπ atteint la plus grande des valeurs de ξσ (i.e. pour B parallèle à l’axe c). Au delà de cette valeur de B (=Bc2c.), la supraconductivité est alors totalement détruite dans la bande π pour toutes les orientations du champ et n’existe donc plus qu’au sein de la bande σ.
Figure 1 : dépendance en champ magnétique du coefficient de Sommerfeld (γ) d’un monocristal de MgB<sub style=2 selon les deux principales directions cristallographiques.' />
En insert : dépendance angulaire de γ pour différentes valeurs du champ appliqué (θ=0 pour B//c).γN étant la valeur de γ dans l’état normal.
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