Combined study of local and global properties of ultimate two-dimensional superconductors

Ce manuscrit présente les résultats d'études expérimentales de quelques phénomènes supraconducteurs liés à la dimensionnalité réduite du système. Tout d'abord, la réalisation d’un dispositif expérimental destiné à mesurer les propriétés de transport électronique de couches minces et ultra-minces in-situ sous UHV est présentée. La méthode est validée par l’étude des propriétés de transport électronique de couches ultra-minces de NbN dont l’épaisseur et le désordre sont variés in-situ par pulvérisation cathodique (ions d’Ar). Deuxièmement, les supraconducteurs ultimes - des couches mono-atomiques de Pb et de Pb/Au sont élaborées sur Si (111) sous UHV; leurs propriétés locales et globales sont étudiées in situ en utilisant respectivement la microscopie et spectroscopie tunnel à balayage et le dispositif de mesures de transport électronique à basse température. Le rôle des atomes d'Au dans les propriétés supraconductrices est révélé. Troisièmement, le diagramme de phase de la nouvelle classe de supraconducteurs ferromagnétiques lamellaires EuFe 2 (As 0.79 P 0.21) 2 est exploré; des expériences de microscopie à force magnétique sont présentées. Deux nouvelles phases quantiques - état Meissner et état de vortex structurés en domaines sont découvertes. Un nouveau phénomène - la nucléation des paires vortex-antivortex à l'intérieur du matériau est observé.This manuscript presents the results of experimental studies of several superconducting phenomena related to the reduced dimensionality. First, an in-UHV set-up for measuring in-situ electronic transport properties of ultrathin films is realized. It is validated by studying transport properties of ultrathin films of NbN whose thickness and disorder are varied in-situ by Ar-ion sputtering. Second, ultimately thin superconductors - atomic layers of Pb and Pb/Au are grown on Si(111); their local and global properties as studied in-situ using, respectively, the Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy and the electron transport set-up at low temperatures. The role of Au atoms in the superconducting properties is revealed. Third, the phase diagram of the new class of layered ferromagnetic superconductors EuFe 2 (As 0.79 P 0.21) 2 is explored; Magnetic Force Microscopy experiments are provided. Novel quantum phases – Domain Meissner State and Domain Vortex state are discovered. A new phenomenon - the nucleation of vortex-antivortex pairs inside the material is demonstrated