Local Spectroscopy of two-dimensional correlated materials

Spectroscopie locale de matériaux corrélés 2D La plupart des "supraconducteurs non conventionnels" découverts récemment, tels que les supraconducteurs organiques quasi unidimensionnels (Q1D) ou les supraconducteurs d'oxydes de cuivre quasi bidimensionnels (Q2D), partagent une propriété commune : ils présentent un diagramme de phase général où la supraconductivité a une frontière commune avec une phase magnétiquement ordonnée. L'une des méthodes consiste à appliquer une pression afin d'induire la supraconductivité comme dans les supraconducteurs organiques (Q1D). L'autre façon est d'induire la supraconductivité par dopage comme dans les Cuprates et dans α-Sn/Si(111). Dans ce cadre, nous avons étudié les propriétés de l'α-Sn/Si(111) et du supraconducteur organique, (TMTSF)_2 ClO_4 en utilisant les techniques de microscopie à effet tunnel et de spectroscopie (STM et STS). En commençant par α-Sn/Si(111), une classe de cristaux de surface corrélés appelée phase α fait l'objet d'une attention soutenue. Ils consistent en une monocouche de faible densité (1/3 de monocouche) d'atomes de métal (Pb ou Sn) cultivés sur des substrats semi-conducteurs comme Si (111) ou Ge (111). Récemment, il a été démontré que l'α-Sn/Si(111) possède des propriétés supraconductrices avec une transition de phase de l'isolant de Mott au supraconducteur par dopage, qui ressemble à celle qui se produit dans les cuprates, des supraconducteurs plus complexes à haute température. Alors que la structure de α-Sn/Si(111) est très simple, ce qui en fait un très bon candidat pour comprendre la physique des cuprates, son état fondamental d'isolation de Mott est encore débattu. Dans ce cadre, en utilisant le STM et le STS à basse température, nous avons montré que l'état fondamental de ce matériau est un isolant à bande avec un gap de 650 meV, plus de 10 fois supérieur aux valeurs précédemment rapportées, piloté par une interaction d'échange entre les atomes de Sn et les atomes de la surface du substrat. De plus, cet état est accompagné d'un ordre antiferromagnétique en rangées déduit de mesures d'interférences quasi-particulaires (QPI) et de calculs avancés de théorie fonctionnelle de la densité (DFT). En outre, nous avons également étudié par STS α-Pb/Ge(111) comme un autre exemple de matériaux corrélés 2d et, en effet, nous avons trouvé un grand appauvrissement autour de la densité d'états du niveau de Fermi indiquant un mauvais état fondamental métallique. En ce qui concerne (TMTSF)_2 ClO_4, nous avons mesuré le spectre d'excitation supraconducteur de ce supraconducteur Q1D, en utilisant le STS pour la première fois. Le (TMTSF)_2 ClO_4 est un supraconducteur à pression ambiante qui présente un point critique quantique avec une compétition entre l'onde de densité de spin (isolant) et l'ordre supraconducteur. Dans le bulk, ces états fondamentaux peuvent coexister l'un avec l'autre en jouant sur la vitesse de refroidissement. Nous avons montré que le clivage de surface offre un autre moyen de sonder cette coexistence de phases pour des échantillons supraconducteurs nominalement massifs, conduisant à des propriétés électroniques granulaires de surface. Enfin, dans le contexte de la supraconductivité non conventionnelle, nous avons effectué pour la première fois des mesures STM/STS sur le gaz d'électrons 2D supraconducteur (2-DEG) formé à l'interface de KTO/Al_2 O_3. Nous avons développé une nouvelle méthode pour réaliser des cartes STS sur cette couche 2-DEG qui est enterrée sous la surface.