La magnométrie à sondes de Hall consiste à disposer l'échantillon sur une micro-sonde de Hall (gaz électronique 2D) afin de déterminer l'induction magnétique locale (sur une surface active de l'ordre de 5µmx5µm) avec une résolution de 10mG. Un réseau de 10 sondes espacées de 10µm (voir schéma ci-dessus) permet alors de déterminer la distribution spatiale de l'induction au sein du matériau. En 2011, nous avons étendu notre gamme de mesure en température jusqu'à 0.3K (cryostat à Hélium 3 développé par P.Brosse-Marron au laboratoire).
A titre d'exemple la figure de droite présente l'évolution de l'induction magnétique dans un film mince de Nb (supraconducteur de type II) pour des champs extérieurs croissants (mesurés sur la partie gauche de l'échantillon, symboles creux) puis décroissants à partir à 0.2T (mesurés sur la partie droite de l'échantillon, symboles pleins). Le piégeage des vortex y est clairement visible.
La technique de modulation que nous utilisons consiste à chauffer l'échantillon à l'aide d'une diode reliée à une fibre optique (chauffage AC de puissance P et fréquence ω). L'échantillon est monté directement sur deux thermocouples qui servent à la fois de porte échantillon, de fuite thermique (K) et de capteurs de température (voir schéma ci-dessus).
Le premier permet de déterminer l'échauffement moyen (P/K) et le second les oscillations de température de l'ordre de P/jCω où C est la chaleur spécifique. Particulièrement bien adaptée à la mesure de petits échantillons (0.5 à 500 mg) cette technique permet de déterminer C avec une résolution ∼ 0.1pJ/K (à 2K) et une sensibilitè ∼ 1/1000. Une nouvelle canne de mesure dédiée aux mesures sous champs magnétiques intenses (35T/1.2K) est actuellement en développement (capteur de température résistif, RuO). A titre d'exemple la figure ci-dessus présente l'évolution de C avec la température d'un échantillon de YBaCuO (sous-dopé) pour différentes valeurs du champ H.
Nous avons récemment étendu la plage de mesure jusqu'à 0.3K (cryostat à Hélium 3 développé au laboratoire par P.Brosse-Marron). En plaçant les transformateurs à froid et en tirant profit du pré-amplificateur bas-bruit développé par le service électronique du laboratoire nous avons pu diminuer le bruit de mesure jusqu'à une valeur proche du bruit thermique (environ 6 pV à 0.3K).
Enfin, nous avons dévellopé une canne de mesure permettant de réaliser des mesures de grande sensibilité (jusqu'à 1/10000) fonctionnant jusqu'à 35T (et 0.3K) à partir de micro-thermomètres résistifs. La mesure conjointe des oscillations de température sur le thermomètre et le chauffage permet d'accéder aux différents coefficients de couplage thermique (internes et externes) et d'obtenir ainsi la valeur absolue de la chaleur spécifique (à qq %).
Nous disposons de plusieurs bancs de mesure de transport permettant de mesurer la résistance électrique de l'échantillon (avec une résolution ~ 0.1nV/1Ohm). Dans le cas des supraconducteurs ces mesures peuvent être complétées par des mesures magnétiques via les équations de Maxwell (voir par exemple la caractéristique E-J dans d'un échantillon de (K,Ba)BiO3 ci-dessus).
Il est également possible de mesurer l'évolution sous champ de la tension transverse induite soit par un courant (effet Hall) soit par un gradiant thermique (effet Nernst (à titre d'exemple la courbe ci-dessus présente l'effet Nernst mesuré à 24K dans (K,Ba)Bi03). Enfin, nous développons actuellement des mesures de transport sous dopage par effets de champ à l'aide de liquides ioniques (voir schéma ci-dessus) en étroite collaboration avec Shimpei ONO du CRIEPI (Tokyo).