Microwave study of High-Tc superconductors : from YBa2Cu3O7-δ resonantors to ultrathin Bi2Sr2CaCu2O8+δ flakes - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech
Thèse Année : 2023

Microwave study of High-Tc superconductors : from YBa2Cu3O7-δ resonantors to ultrathin Bi2Sr2CaCu2O8+δ flakes

Étude micro-onde des supraconducteurs à haute température critique : des résonateurs en YBa2Cu3O7-δ aux feuillets ultra-minces de Bi2Sr2CaCu2O8+δ

Résumé

Discovered in 1986, cuprates remain the focus of ongoing research due to their unique superconducting properties, including high transition temperatures (Tc) and critical magnetic fields.In this thesis, we first explore the potential of using high-Tc superconductors (HTcS) for the fabrication of coplanar waveguide resonators (CPWRs). Resonators are essential building blocks of microwave circuits, but their performance is limited by material loss. Using superconductors improves the quality factor of resonators, and HTcS significantly increase their thermal and magnetic operating ranges when compared to their low-Tc counterparts. We report the fabrication of YBa2Cu307−δ CPWRs resonators and study in details the different coupling regimes from an overcoupled one to an undercoupled one. A high-Q YBa2Cu307−δ CPWR is then used to perform Electron Spin Resonance in cavity on different spin ensembles.In the second part, we investigate the role of dimensionality in the superconducting state of cuprates, focusing on Bi2Sr2CaCu2O8+δ as it can be exfoliated down to one unit cell. Our work includes the fabrication and characterization of Bi2Sr2CaCu2O8+δ ultrathin flakes in both DC and microwave regimes. The DC analysis points towards BKT physics, which is confirmed by the jump observed in the microwave superfluid stiffness – a hallmark of the BKT transition. A peak is also measured in the real part of the conductivity, associated with the dissociation of BKT vortex pairs.
Découverts en 1986, les cuprates sont toujours au cœur de recherches intenses du fait de leurs propriétés supraconductrices uniques, tels que leurs températures de transition (Tc) et leurs champs magnétiques critiques élevés.Dans cette thèse, nous explorons tout d'abord le potentiel d'utilisation des supraconducteurs haut-Tc (HTcS) pour la fabrication de résonateurs à guide d'ondes coplanaire (CPWR). Les résonateurs sont des éléments essentiels des circuits micro-ondes, mais leurs performances sont limitées par les pertes dans le matériau. L'utilisation de supraconducteurs améliore le facteur de qualité des résonateurs, et les HTcS en augmentent considérablement les plages de fonctionnement thermiques et magnétiques en comparaison aux bas-Tc. Dans une première partie, nous présentons la fabrication de résonateurs CPWRs en YBa2Cu307-δ et étudions en détail les différents régimes de couplage, du régime surcouplé au régime sous-couplé. Le CPWR en YBa2Cu307-δ à haut facteur de qualité est ensuite utilisé pour réaliser une expérience de résonance de spin électronique en cavité sur différents systèmes de spins collectifs.Nous étudions ensuite les propriétés physiques de la supraconductivité bidimensionnelle dans les cuprates, en nous concentrant sur le Bi2Sr2CaCu2O8+δ qui peut être exfolié jusqu'à une cellule unitaire. Notre travail comprend la fabrication et la caractérisation, à la fois dans les régimes DC et des micro-ondes, de feuillets ultra-minces de Bi2Sr2CaCu2O8+δ. L'analyse DC suggère des signatures de la physique BKT, ce qui est confirmé par le saut observé dans la rigidité superfluide micro-onde - une caractéristique de la transition BKT. Un pic est également mesuré dans la partie réelle de la conductivité, associé à la dissociation des paires de vortex BKT.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04737725 , version 1 (15-10-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04737725 , version 1

Citer

Zoé Velluire-Pellat. Microwave study of High-Tc superconductors : from YBa2Cu3O7-δ resonantors to ultrathin Bi2Sr2CaCu2O8+δ flakes. Superconductivity [cond-mat.supr-con]. Université Paris sciences et lettres, 2023. English. ⟨NNT : 2023UPSLS076⟩. ⟨tel-04737725⟩

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