Etude des phenomenes dynamiques ultrarapides et des caracteristiques impulsionnelles d'emission terahertz du supraconducteur YBCO.

摘要

Les premieres etudes d'antennes a base de supraconducteurs a haute temperature critique emettant une impulsion electromagnetique dont le contenu en frequence se situe dans le domaine terahertz remontent a 1996. Une antenne supraconductrice est formee d'un micro-pont d'une couche mince supraconductrice sur lequel un courant continu est applique. Un faisceau laser dans le visible est focalise sur le micro-pont et place le supraconducteur dans un etat hors-equilibre ou des paires sont brisees. Grâce a la relaxation des quasiparticules en surplus et eventuellement de la reformation des paires supraconductrices, nous pouvons etudier la nature de la supraconductivite. L'analyse de la cinetique temporelle du champ electromagnetique emis par une telle antenne terahertz supraconductrice s'est averee utile pour decrire qualitativement les caracteristiques de celle-ci en fonction des parametres d'operation tels que le courant applique, la temperature et la puissance d'excitation.;Nous avons developpe une procedure pour calibrer le spectrometre dans le domaine temporel en utilisant des antennes terahertz de GaAs bombarde aux protons H+ comme emetteur et detecteur. Une fois le montage calibre, nous y avons insere une antenne emettrice dipolaire de YBa 2Cu3O7-delta . Un modele avec des fonctions exponentielles de montee et de descente du signal est utilise pour lisser le spectre du champ electromagnetique de l'antenne de YBa 2Cu3O7-delta, ce qui nous permet d'extraire les proprietes intrinseques de ce dernier. Pour confirmer la validite du modele choisi, nous avons mesure les proprietes intrinseques du meme echantillon de YBa2Cu3O7- delta avec la technique pompe-visible et sonde-terahertz donnant, elle aussi, acces aux temps caracteristiques regissant l'evolution hors-equilibre de ce materiau. Dans le meilleur scenario, ces temps caracteristiques devraient correspondre a ceux evalues grâce a la modelisation des antennes.;Un bon controle des parametres de croissance des couches minces supraconductrices et de fabrication du dispositif nous a permis de realiser des antennes d'emission terahertz possedant d'excellentes caracteristiques en terme de largeur de bande d'emission (typiquement 3 THz) exploitables pour des applications de spectroscopie resolue dans le domaine temporel. Le modele developpe et retenu pour le lissage du spectre terahertz decrit bien les caracteristiques de l'antenne supraconductrice pour tous les parametres d'operation. Toutefois, le lien avec la technique pompe-sonde lors de la comparaison des proprietes intrinseques n'est pas direct malgre que les deux techniques montrent que le temps de relaxation des porteurs augmente pres de la temperature critique. Les donnees en pompe-sonde indiquent que la mesure du temps de relaxation depend de la frequence de la sonde, ce qui complique la correspondance des proprietes intrinseques entre les deux techniques. De meme, le temps de relaxation extrait a partir du spectre de l'antenne terahertz augmente en s'approchant de la temperature critique (T c) de YBa2Cu 3O7-delta. Le comportement en temperature du temps de relaxation correspond a une loi de puissance qui est fonction de l'inverse du gap supraconducteur avec un exposant 5 soit 1/Delta 5(T).;Le travail presente dans cette these permet de mieux decrire les caracteristiques des antennes supraconductrices a haute temperature critique et de les relier aux proprietes intrinseques du materiau qui les compose. De plus, cette these presente les parametres a ajuster comme le courant applique, la puissance de la pompe, la temperature d'operation, etc, afin d'optimiser l'emission et les performances de ces antennes supraconductrices entre autres pour maximiser leur etendue en frequence dans une perspective d'application en spectroscopie terahertz. Cependant, plusieurs des resultats obtenus soulevent la difficulte de decrire l'etat hors-equilibre et la necessite de developper une theorie pour le supraconducteur YBa2 Cu3O7-delta.;La comprehension de l'etat hors-equilibre est la cle pour comprendre le fonctionnement des antennes terahertz supraconductrices a haute temperature critique. Dans le but de comprendre ultimement cet etat hors-equilibre, nous avions besoin d'une methode et d'un modele pour extraire de facon plus systematique les proprietes intrinseques du materiau qui compose l'antenne terahertz a partir des caracteristiques d'emission de celle-ci.