Optical properties of Ba122 iron-based superconductors
Etude des propriétés optiques du système supraconducteur Ba122 à base de fer par spectroscopie infrarouge
Résumé
When a mass of atoms are brought together to form a solid state material, many and various novel phenomena arise in the material due to the strong interactions among nuclei and electrons. For example, spin-density-wave (SDW) or charge-density-wave (CDW) occurs at low temperature in anisotropic, lowdimensional materials or in metals with high density of states at the Fermi level. Superconductivity is exhibited by certain materials when cooling it down to a critical temperature. All these phases can dominate the material solitarily or coexist with each other in one material, indeed, strong coupling or competition may exist among these phases when coexisting with each other in one material. The driving mechanism of these phases and the relations between them are always the center of interest when they are discovered in a new material. Ba1−xKxFe2As2 and Ba(Fe1−xCox)2As2 were discovered as a new family of high-Tc superconductors, the Ba122 system iron-based superconductor. The parent compound of this family is BaFe2As2 which undergoes a spin-density-wave (SDW) transition at about 138 K. When doping the parent compound with holes [Ba1−xKxFe2As2] or electrons [ Ba(Fe1−xCox)2As2], the magnetism is suppressed and superconductivity emerges in this material. In a considerably large doping scale, the SDWphase and superconductivity coexist with each other. In this case, the superconducting paring symmetry and the relations between the coexistent orders in the Ba122 system materials are highly desired. In this thesis, we studied the optical properties of the hole [Ba1−xKxFe2As2] and electron [ Ba(Fe1−xCox)2As2] doped Ba122 system iron-based superconductors. In the optimally K and Co doped samples, we found di erent low frequency optical response. By comparing the optical properties and the doping sites of these two optimally doped samples, we provided strong evidence for an s± pairing symmetry in Ba122 system iron-based superconductors. In the underdoped Ba1−xKxFe2As2 samples, we observed a smaller partial energy gap besides the SDW and superconducting gaps. We studied the temperature and doping dependence of the three gaps, combined with a spectral weight analysis, we concluded that the smaller partial energy gap shares the same electronic states with superconducting condensate, a precursor scenario is preferred for the smaller partial gap. In contrast, the SDW transition depletes the electronic states available for superconducting condensate, acting as a competitive order to the superconductivity.
Lorsque des atomes sont assemblés dans un solide, des nouveaux phénomènes surgissent en raison de l'interaction forte entre noyaux et électrons. Par exemple, dans des matériaux anisotropes de faible dimension ou dans des m étaux à forte densité d' états au niveau de Fermi, de densité de spin (SDW) ou de charge (CDW) peuvent se former à basse température. La supraconductivité est présente dans certains matériaux quand il refroidit en dessous d'une température critique. Toutes ces phases peuvent apparaître d'une façon isolée ou coexister avec une autre. Et, dans ce cas, une interaction forte ou de la compétition peut exister entre ces phases. Le mécanisme de formation de ces phases et les relations entre elles sont toujours le centre d'intérêt quand elles sont découvertes dans un nouveau matériau. Ba1−xKxFe2As2 et Ba(Fe1−xCox)2As2 ont été découverts comme une nouvelle famille de supraconducteurs à haute Tc. C'est le système supraconducteur Ba122 à base de fer. Le composé parent de cette famille est BaFe2As2 qui a une transition d'onde de densité de spin à environ 138 K. Lorsque le dopage du composé parent est fait par des trous [Ba1−xKxFe2As2] ou par des électrons [Ba(Fe1−xCox)2As2], le magnétisme est supprimé et la supraconductivité apparaît. Dans une gamme de dopage considérablement large, la phase SDW et la supraconductivité coexistent. Dans ce cas, la symétrie du gap supraconducteur les relations entre les ordres coexistants produisent des phénomènes et des comportements nouveaux. Dans cette thèse, nous avons étudié les propriétés optiques des supraconducteurs à base de fer dopés trous [Ba1−xKxFe2As2] et électrons [Ba(Fe1−xCox)2As2]. Dans les composés dopés optimalement par K ou Co, nous avons trouvé différentes réponses dans la conductivité optique de basse énergie. En comparant les propriétés optiques et les sites de dopage de ces deux échantillons dopés de fa con optimale, nous avons fourni des preuves solides pour une symétrie d'appariement s± dans le système Ba122. Dans le composé sous-dopé Ba0.6K0.4Fe2As2 nous avons observé, en plus du gap SDW et de celui supraconducteur, un plus petit gap à plus faible énergie. Nous avons étudié la dépendance en température et dopage des trois gaps. Avec cela, combinée à une analyse de poids spectral, nous avons conclu que ce gap nouveau partage les mêmes états électroniques que le condensat supraconducteurs. Nous avons interprété ce gap par un scénario de précurseur de la phase supraconductrice. En revanche, la transition SDW diminue les états électroniques disponibles pour le condensat supraconducteur, agissant comme un ordre en compétition à la supraconductivité.