Comportement supraconducteur à des températures pas si basses

MADRID, le 21 août. (EUROPA PRESS) –

Une caractéristique nécessaire dans un supraconducteur, appelée appariement électroniquese produit à des températures beaucoup plus élevées et dans un matériau inattendu : un isolant antiferromagnétique.

Au cours du siècle qui a suivi leur découverte, les supraconducteurs et leurs mystérieuses propriétés atomiques ont dérouté les chercheurs. Ces matériaux spéciaux Ils permettent à l’électricité de circuler à travers eux sans aucune perte d’énergie. Ils permettent même aux trains de léviter.

Mais les supraconducteurs ne fonctionnent généralement qu’à des températures extrêmement froides. Lorsque ces matériaux sont chauffés, ils deviennent des conducteurs ordinaires, qui permettent à l’électricité de circuler mais avec une certaine perte d’énergie, ou des isolants, qui ne conduisent pas du tout l’électricité.

Bien que le matériau nouvellement étudié n’ait pas une résistance nulle à la conductivité, cette découverte suggère que les chercheurs pourraient trouver des moyens de transformer des matériaux similaires en supraconducteurs fonctionnant à des températures plus élevées.

L’équipe de recherche du National Accelerator Laboratory SLAC, de l’Université de Stanford et d’autres institutions a publié ses résultats dans la revue Science.

“Les paires d’électrons nous disent qu’ils sont prêts à devenir supraconducteurs, mais quelque chose les arrête”, a-t-il déclaré. dans une déclaration Ke-Jun Xu, étudiant diplômé en physique appliquée à Stanford et co-auteur de l’article. “Si nous parvenons à trouver une nouvelle méthode pour synchroniser les paires, nous pourrions l’appliquer à la construction éventuelle de supraconducteurs à des températures plus élevées.”

Les chercheurs ont travaillé dur pour trouver des matériaux supraconducteurs capables d’opérer leur magie à des températures plus élevées, peut-être même à température ambiante un jour. Trouver ou fabriquer un tel matériau pourrait changer la technologie moderne, depuis les ordinateurs et les téléphones portables jusqu’au réseau électrique et aux transports. De plus, l’état quantique unique des supraconducteurs en fait également d’excellents éléments de base pour les ordinateurs quantiques.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont examiné les appariements électroniques à un stade intermédiaire, “où les électrons avaient fixé leurs yeux, mais ne se sont pas levés pour danser”, selon les auteurs.

Peu de temps après la découverte des supraconducteurs, les chercheurs ont découvert que ce qui faisait que les électrons s’appariaient et dansaient étaient les vibrations du matériau sous-jacent lui-même. Ce type d’appariement d’électrons se produit dans une classe de matériaux appelés supraconducteurs conventionnels, qui sont bien compris, a déclaré Zhi-Xun Shen, professeur de Stanford et chercheur à l’Institut des sciences des matériaux et de l’énergie de Stanford (SIMES) au SLAC, qui a supervisé l’étude. enquête. Les supraconducteurs conventionnels fonctionnent à des températures pratiquement proches du zéro absolu, inférieures à 25 Kelvin, à pression ambiante.

Les supraconducteurs non conventionnels, tels que le matériau à base d’oxyde de cuivre, ou cuprate, dans la présente étude, fonctionnent à des températures nettement plus élevées, parfois jusqu’à 130 Kelvin. Chez les cuprates, il est largement admis que quelque chose au-delà des vibrations du réseau aide à coupler les électrons. Bien que les chercheurs ne sachent pas exactement ce qui se cache derrière cela, le principal candidat est la fluctuation des épines électroniques, ce qui amène les électrons à s’apparier et à « danser » avec un moment cinétique plus élevé. Ce phénomène est connu sous le nom de canal d’onde, et les premiers signes de ce nouvel état ont été observés lors d’une expérience menée à SSRL il y a environ trente ans. Comprendre ce qui détermine l’appariement des électrons dans les cuprates pourrait aider à concevoir des supraconducteurs fonctionnant à des températures plus élevées.

Dans ce projet, les scientifiques ont choisi une famille de cuprates qui n’avait pas été étudiée en profondeur car leur température supraconductrice maximale était relativement basse (25 Kelvin) par rapport aux autres cuprates. Pire encore, la plupart des membres de cette famille sont de bons isolants. Pour voir les détails atomiques du cuprate, les chercheurs ont projeté une lumière ultraviolette sur des échantillons du matériau, ce qui éjecte les électrons du matériau. Lorsque les électrons sont liés, ils sont légèrement plus résistants à l’éjection, ce qui entraîne un « fossé énergétique ». Cet écart énergétique persiste jusqu’à 150 Kelvin, ce qui suggère que les électrons apparaissent à des températures bien supérieures à l’état de résistance nulle d’environ 25 Kelvin. Le résultat le plus inhabituel de cette étude est que l’aspect est plus fort dans les échantillons les plus isolants.

Le cuprate étudié n’est peut-être pas le matériau permettant d’atteindre la supraconductivité à température ambiante, autour de 300 Kelvin, a déclaré Shen. “Mais peut-être que dans une autre famille de matériaux supraconducteurs, nous pouvons utiliser ces connaissances pour obtenir des indices pour nous rapprocher de la température ambiante“, dit.

“Nos découvertes ouvrent une nouvelle voie potentiellement riche”, a déclaré Shen. “Nous prévoyons d’étudier cet écart d’appariement à l’avenir pour aider à concevoir des supraconducteurs à l’aide de nouvelles méthodes. D’une part, nous prévoyons d’utiliser des approches expérimentales similaires en SSRL pour en savoir plus sur cet état d’appariement incohérent. D’autre part, nous voulons trouver des moyens de manipuler ces matériaux pour peut-être forcer ces paires incohérentes à se synchroniser. »