MgB2 : le supraconducteur à 2 gaps

“MgB2 : an exotic conventionnal superconductor”..... Behind this apparently paradoxical qualification is hiding the great originality of the system which was the subject of my work. Conventionnal in the electron-phonon coupling mechanism, MgB2 is exotic in the presence of two weakly coupled superconducting gaps. The existence of those two gaps leads to a “pathological” behaviour of the fundamental parameters : the coherence length, xsi and penetration depth, lambda.Whereas a consensus on the multigap nature of MgB2 was quickly established, the published values of these fundamental parameters and of the associated critical fields expressed a disconcerting dispersion.My work falls under this period of browsing of the MgB2 properties. It has the originality to use complementary techniques: Hall-probe magnetometry and alternative specific heat. First, we present a thermodynamic study of the H-T phase diagram carried out on single crystals. Specific heat measurements enabled the determination of the upper critical field Hc2. The lower critical field Hc1 has been deduced from magnetic measurements. Its determination required a thorough study of the penetration mechanisms of the vortices. The field distribution deduced from Hall probe array measurements on a serie of samples with various size ratios highlighted the presence of the geometrical barriers that delay the entry of the vortices. It is essential to take into account these barriers in the deduction of Hc1.The anisotropy of the critical fields is temperature dependent due to the existence of two pairs of slightly coupled superconductive bands whose relative influence varies according to the position in the phase diagram H-T.This leads to a field dependence of these fundamental parameters.Finally, a study of doped and irradiated samples were performed. The substitution of Mg by Al modifies the electronic doping and the critical fields. On the other hand, the effect of disorder introduced by electron irradiation led to a brutal increase of the peak effect which still remains to be explained.; “MgB2, un supraconducteur conventionnel exotique”... Derrière cette qualification apparemment antinomique se cache la grande originalité du composé qui fut le sujet de mon travail. Conventionnel dans son mécanisme de couplage électron-phonon, MgB2 est exotique de part la présence de deux gaps supraconducteur faiblement couplés. L'existence de ces deux gaps va alors conduire à un comportement “pathologique” des paramètres fondamentaux de la supraconductivité : la longueur de cohérence, xsi et la profondeur de pénétration, lambda.Alors qu'un consensus sur la nature multigap de MgB2 s'est rapidement établi, les résultats publiés concernant ces paramètres fondamentaux et ceux des champs critiques associés présentaient une dispersion déconcertante. Mon travail s'inscrit dans cette période flou expérimental. Il allie deux techniques complémentaires : la magnétométrie à microsondes de Hall et la chaleur spécifique alternative.Nous présentons tout d'abord une étude thermodynamique du diagramme de phases H-T effectuée sur des monocristaux. Des mesures de chaleur spécifique ont permis de déterminer le champ critique supérieur Hc2. Le champ critique inférieur Hc1 a lui été évalué par des mesures magnétiques.Sa détermination a nécessité une étude approfondie des mécanismes de pénétration des vortex. La répartition spatiale de l'induction magnétique obtenue avec un réseau de microsondes sur une collection d'échantillons de rapports de dimensions différents a mis en évidence la présence de barrières géométriques retardant l'entrée des vortex. La prise en compte de ces barrières est essentielle à la déduction de Hc1.L'anisotropie des champs critiques présente une dépendance en température due à la présence de deux paires de bandes supraconductrices faiblement couplés et dont l'influence relative varie en fonction de la position dans le diagramme H-T. Cette présence conduit également à une évolution de xsi et lambda en fonction du champ magnétique que nous présentons ici.Enfin, une étude d'échantillons dopés et irradiés a été abordée. L'effet de la substitution de Mg par Al modifie le dopage électronique et les champs critiques. En revanche, l'effet du désordre ponctuel introduit par l'irradiation aux électrons conduit à une brutale augmentation de l'effet de pic dont l'origine reste encore à établir.