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Theses Year : 2012

Effects of disorder in iron-based superconductors

Effets du désordre dans les supraconducteurs à base de fer

(1)
1
Sultan Demirdis
  • Function : Author
  • PersonId : 910693

Abstract

The pinning of vortices is used as a probe for the identification of disorder and its effect on superconductivity in 122-type iron-based superconductors. Using a new analysis method taking into account the interaction of individual vortices with their neighbors, pinning energies and pinning forces in Ba(Fe1-xCox)2As2 are extracted from the vortex distributions in the regime of small fields. The correlation of measurements of the critical current density Jc with the spatial distribution of vortices shows that pinning in this particular regime is due to the heterogeneity of superconducting properties, on the scale of 20-100 nm. Application of the same analysis procedure on the vortex structure in BaFe2(As1-xPx)2 with less density fluctuations, shows that the pinning forces and energies depend on the doping level x. Both Jc measurements and pinning force distributions independently yield a mean distance between pinning centers of about 90 nm, increasing with increasing P-content x. Combination of the above results and critical current density measurements lead to the conclusion that the low field plateau observed in Jc curves, followed by a power-law decrease, emerges from strong pinning due to nm scale heterogeneity of superconducting properties. Attention is also paid to the weak collective pinning contribution that manifests itself at higher fields > 1 T. Notably, this contribution is consistently analyzed in terms of quasiparticle scattering and mean free path fluctuations. In order to test this premise irradiation of Co, Ni and P-doped 122-type iron-based compounds with high-energy 2.5 MeV electrons is performed for several doping levels of the materials and to different doses. Such irradiation introduces atomic sized point-like defects. Following irradiation it appears that the critical temperature Tc shows a similar depression for all studied materials. The weak collective contribution to Jc in Co-doped is found to clearly increase. Moreover this contribution appears after irradiation of the P-doped compound in which it was previously absent. This allows one to confirm the role of atomic point-like pins as scatterers in Ni and Co-doped compounds, as well as the hypothesis that these defects are at the origin of the weak collective pinning contribution to Jc at larger fields.
L'ancrage des vortex est utilisé comme une sonde pour l'identification du type de désordre et son effet sur la supraconductivité dans la famille 122 des supraconducteurs à base de fer. Une nouvelle technique d'analyse obtenue d'images de décoration de Bitter prenant en compte l'interaction de chaque vortex avec ses voisins, a permis d'obtenir l'énergie et la force de piégeage dans Ba(Fe1-xCox)2As2, dans le régime de bas champ magnétique. La corrélation avec des mesures de courant critique Jc a montré que le piégeage des vortex dans ce composé est due à l'hétérogénéité des propriétés supraconductrices sur une échelle de 20-100 nm. Application de la même méthode d'analyse pour les vortex dans le BaFe2(As1-xPx)2 a montré que l'énergie et la force d'ancrage dépendent du dopage x. Les mesures de Jc et de la distribution des forces de piégeage ont montré que la distance moyenne entre différents centres de piégeage est de l'ordre de 90 nm et que cette distance augmente quand on augmente le conteneur en P. La combinaison de ces résultats avec les mesures de Jc mène à la conclusion que l'ancrage fort des lignes de flux due à l'hétérogénéité des propriétés supraconductrice à l'échelle de nm est à l'origine de la constante observé à des champ faibles dans les courbes de Jc ainsi que la diminution en loi de puissance qui suit. On traite également la contribution d'ancrage faible collectif à Jc, qui se manifeste à des champs magnétiques plus importants, de l'ordre de 1 T. Cette contribution a été analysée en terme de la diffusion des quasiparticules et de la fluctuation spatiale du libre parcours moyen. Afin de tester l'hypothèse avancé ci-dessus, l'irradiation aux électrons d'énergie 2.5 MeV, sur les composés dopé au Co, Ni et P de la famille 122 a été réalisé à des différentes doses pour plusieurs dopage de ces matériaux. Ce type d'irradiation introduit des défauts ponctuels de taille atomique dans le matériau. La température critique Tc de tous les matériaux étudiés diminue après irradiation de façon similaire. Une claire augmentation de la contribution d'ancrage faible collectif à Jc dans le composé dopé au Co a été observée. De plus, cette contribution qui, avant irradiation, était absente dans tous les dopages du composé au P, apparait après irradiation. Les défauts ponctuels de taille atomique, diffuseur des quasiparticules, dans les supraconducteurs à base de fer sont donc à l'origine de la contribution d'ancrage faible collectif à Jc .
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Dates and versions

pastel-00778943 , version 1 (21-01-2013)

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  • HAL Id : pastel-00778943 , version 1

Cite

Sultan Demirdis. Effects of disorder in iron-based superconductors. Superconductivity [cond-mat.supr-con]. Ecole Polytechnique X, 2012. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00778943⟩
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