Thèse

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Numéro d’ordre:79
Année:2010
Thèse
Présentée à la
FACULTE DES SCIENCES D’AGADIR
Pour l’obtention du titre de Docteur
UFR : Physique des solides
Spécialité : Recherche et développement en Physique des solides
Ancrage et dynamique des vortex dans les couches minces
de supraconducteurs à haute température critique
d’YBa2Cu3O7-δ
Par
Abella BOUAADDI
Soutenue le 6 Mars 2010 devant la commission d’examen :
A. BENYOUSEF, Professeur, Faculté des Sciences, Université, Mohammed V, Rabat Président
A. TAOUFIK, Professeur, Faculté des Sciences, Université Ibn Zohr, Agadir Directeur de thèse
N. HASSANAIN, Professeur, Faculté des Sciences, Université Mohammed V, Rabat Rapporteur
A. NAFIDI, Professeur, Faculté des Sciences, Université Ibn Zohr, Agadir Rapporteur
L. BOUHOUCH, Professeur, Ecole Supérieure de Technologie, Université Ibn Zohr, Agadir Rapporteur
A. MENOU, Professeur, Académie internationale de l’aviation civile, ONDA, Casablanca Examinateur
A. TIRBIYINE, Professeur, Faculté poly- disciplinaire, Université Cadi Ayyad, Safi Examinateur
A. ELKAOUACHI, Professeur, Faculté des Sciences, Université Ibn Zohr, Agadir Examinateur
Travail effectué dans le cadre de coopération de recherches entre l’Equipe des Matériaux
Supraconducteurs à Haute Température Critique, Faculté des Sciences Université Ibn
Zohr, Agadir et le laboratoire de physique des solides d’Orsay, Université Paris XI,
France,

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Table des matières
Introduction…………………………………………………………………………………………………………………….. 5
Chapitre I : Généralités sur les supraconducteurs……………………………….................. 8
1. Historique…………………………………………………………………………………..……………………………… 9
2. Principales caractéristiques remarquables des supraconducteurs ………………………… 10
3. Théories phénoménologiques ………………………………………………………………………………… 12
3.1 Les équations de London…………………………………………………………………………...... 12
3.2 La théorie de Ginzburg-Landau et les deux types de supraconducteurs…….. 14
3.3 Théorie BCS…………………………………………………………………………………………………… 18
4. Diagramme de phase (H, T)………………………………………………………………………………… 19
Références………………………………………………………………………………………………………………….. 21
Chapitre II : Les supraconducteurs à haute température critique………………………. 22
1. découverte des SHTC………………………………………………………………………………………………. 23
2. Le supraconducteur YBCO………………………………………………………………………………………. 24
2.1 Synthèse du composé……………………………………………………………………………………. 24
2.2 Diagramme de phases…………………………………………………………………………………….
27
2.3 Structure et propriétés du composé YBCO…………………………………………………… 29
2.4 Caractéristiques physiques……………………………………………………………………………. 33
2.4.1 La température critique …………………………………………………………………. 34
2.4.2 La résistivité en courant continu…………………………………………………….. 34
2.4.3 La longueur de cohérence et la longueur de pénétration ……………… 35
2.5 Comportement magnétique et réseau de vortex………………………………………… 36
2.5.1 Définition d’un vortex………………………………………………………………………. 36
2.5.2 Force de Lorentz et écoulement du flux…………………………………........ 37
2.5.3 Force de piégeage et fluage du flux………………………………………………… 39

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2.6 Les Mécanismes de piégeage dans les Supraconducteurs……………………………. 39
2.6.1 Défauts ponctuels……………………………………………………………………………. 39
2.6.2 Macles et autres défauts étendus……………………………………………………. 40
2.7 Modèle du flux creep dans les supraconducteurs HTC……………………………………. 41
2.7.1 Formulation générale…………………..…………………………………………………… 41
2.7.2 Flux creep ………………………………………………………….…………………………….. 42
2.7.3 Flux flow thermiquement activé………………………………………………………. 45
Références….…………………………………………………………………………………………………………………. 47
Chapitre III : Techniques expérimentales……………………………………......................... 49
1. Cryostat……………………………………………………………………………………………….................. 50
2. Anticryostat……………………………………………………………………………………………………………… 51
3. Méthode du courant pulsé ……………………………………………………………………………………… 52
4. Présentation de l’échantillon…………………………………………………………………………………. 54
4.1 Ablation Laser……………………………………………………………………………………………… 54
4.2 Propriétés structurales du film mince d’YBCO…………………………………………… 58
4.2.1 Analyse de texture: spectre θ-2θ............................................. 58
4.2.2 Analyse de la mosaïcité: spectres ω-scan ou rocking curves.……… 59
4.2.3 Analyse des relations épitaxiales dans le plan: φ-scans.……………… 60
Références……………………………………………………………………………………………………………………… 63
Chapitre IV. Densité de courant critique et force d’ancrage des vortex….......... 64
1. Introduction ………………………………………………………………………………………………………….. 65
2. Densité de courant………………………………………………………………………………………………….. 65
2.1. Détermination de la densité de courant J*…………………….………………………… 66
2.2 Variation de J* en fonction du champ magnétique appliqué.…………………… 67

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2.3. Variation de J* en fonction de la température………………….……………………. 70
2.4. Discussion………………………………………………………………………………………………… 72
2.5 La puissance dissipée avant la transition…………………………………………………… 74
3. Densité volumique de force d’ancrage…………………………………………………………………… 76
3.1 Introduction………………………………………………………………………………………………… 76
3.2 Détermination de la densité de courant critique Jc…………………………………… 77
3.3 Détermination de la densité volumique de force d’ancrage……………………… 81
4. Etude de la fraction de vortex piégés…….……………………………………………………………… 88
4.1 Généralités ………………………………………………………………………………………………… 88
4.2 Détermination de la fraction de vortex piégés p ……………………………………… 89
4.3 Variation de p en fonction de la température et du champ magnétique …
91
4.3.1 Influence de la température…………………………………………………………… 91
4.3.2 Influence du champ magnétique……………………………………………………. 92
4.4. Anisotropie de la fraction de vortex piégés….…………………………….…………… 93
4.4.1 Introduction……….…………………………………………………………………………… 93
4.4.2 L'anisotropie des caractéristiques E(J)……………………………………….. 94
4.4.3 Anisotropie de l’ancrage………………………………………….……………..……… 95
Conclusion…………………………………………………………………………………………………………………………. 97
Références……………………………………………………………………………………………………………………….. 99
Chapitre V : Bruit de vortex dans les supraconducteurs HTC…………….................. 101
1. Généralités sur l’étude du bruit……………………………………………………………………………… 102
1.1. Introduction ……………………………………………………………………………………………… 102
1.2. Les outils mathématiques pour l’étude des phénomènes aléatoires………. 102

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1.3. Les différents types de bruits électroniques…………………………………………….. 105
2. Bruit de flux magnétique dans les films minces et les monocristaux…………………. 108
3. Bruit de conduction dans un champ magnétique…………………………………………………… 109
3.1. Bruit de tension à faible champ magnétique…………………………………………… 109
3.2 Bruit de tension à fort champ magnétique ………………………………………………. 109
4. Bruit en 1/f dans les SHTC……………………………………………………………………………………… 110
5. Résultats et discussion………………………………………………………………………………………….. 111
5.1. Mesure de bruit en fonction de la température………………………………………. 112
5.2 Influence du courant électrique sur le spectre du bruit……………………………. 115
5.3 densité spectrale du bruit des vortex……………………………………………………….. 117
5.4 Détermination de la fraction de vortex piégés p…..…………………………………… 119
5.5. Influence du champ magnétique et du courant électrique sur p ……………. 121
5.6 Mesures du bruit des vortex en 1/f dans les films minces d’YBa2Cu3O7-δ… 122
5.6.1 Propriétés du bruit en 1/f………………………………………………………………. 122
5.6.2 Effet de la température…………………………………………………………………. 126
5.6.3 Exposant cinétique…………………………………………………………………………. 128
Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………….. 131
Références :…………………………………………………………………………………………………………………... 133
Conclusion générale…………………………………………………………………………………………………………. 135
Liste des publications et des communications………………………………………….. 137