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    Des plasmons acoustiques trouvés dans des supraconducteurs cuprates dopés par des trous

    Fig.1 La diffusion inélastique résonante des rayons X révèle des plasmons acoustiques associés à des atomes d'oxygène dans des supraconducteurs cuprates en couches dopés par trous. Crédit :Source de lumière diamant

    La présence de plasmons acoustiques dans les supraconducteurs cuprates de type p (dopés par trous) a maintenant été confirmée par le Dr Ke-Jin Zhou et son équipe à l'aide de RIXS (Resonant Inelastic X-ray Scattering) à haute résolution, à la ligne de lumière I21 de Diamond Light Source. Cette découverte décrite dans leur article récemment publié dans Lettres d'examen physique ouvre de nouvelles opportunités pour étudier et comprendre ces excitations de charges collectives et leur rôle dans la supraconductivité. Cela peut permettre de concevoir des supraconducteurs à très haute température, qui se prêtent à des applications pratiques telles que la transmission d'énergie à haut rendement.

    Les supraconducteurs cuprate sont une famille de composés céramiques dans lesquels des blocs isolants sont pris en sandwich entre des couches d'atomes de cuivre et d'oxygène. Lorsqu'il est dopé avec des atomes appropriés, ces matériaux deviennent supraconducteurs, C'est, la résistivité électrique tombe à zéro en dessous des températures critiques. Les scientifiques s'efforcent constamment de concevoir des supraconducteurs qui pourraient fonctionner à température ambiante. Cependant, cela nécessite une compréhension plus complète de la façon dont les charges dopées se comportent collectivement.

    Scientifique principal en ligne de lumière chez Diamond, et chercheur principal, Le Dr Ke-Jin Zhou explique qu'en 2018, des chercheurs de l'Université de Stanford utilisant RIXS à l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), a finalement fait une percée et détecté des plasmons acoustiques, un type d'excitations de charges collectives, dans un supraconducteur cuprate de type n (dopé aux électrons) 1 . En raison de sa sensibilité à la charge, RIXS est l'outil parfait pour étudier le comportement de charge collective. Elle offre une image beaucoup plus complète que (par exemple) la diffusion inélastique des neutrons, diffusion optique Raman ou spectroscopie de perte d'énergie des électrons. Les chercheurs de Stanford ont étudié le cuprate dopé aux électrons LCCO (oxyde de cuivre cérium lanthane), en utilisant Cu L 3 -RIXS, qui se concentre sur les atomes de cuivre.

    En utilisant RIXS chez Diamond, en 2020, l'équipe a confirmé la présence de plasmons acoustiques dans les supraconducteurs cuprates de type p dopés par des trous et qu'ils sont principalement associés aux atomes d'oxygène. "Ce sont des résultats remarquables. Il semble que les excitations de charges collectives aient une forte préférence dans l'espace, malgré le fait que les charges associées aux atomes Cu et O soient fortement hybridées les unes avec les autres. Comprendre cela peut nous aider à clarifier l'état fondamental des supraconducteurs cuprate, ", déclare l'auteur principal, le Dr Abhishek Nag.

    Il n'y a pas beaucoup de cuprates de type n, et ils ont des températures critiques relativement basses. Cela signifie qu'ils offrent des opportunités limitées pour les chercheurs souhaitant explorer comment ce comportement collectif change avec la température. Il existe un plus grand nombre de cuprates de type p (dopés par trous), et ils ont généralement des températures de transition plus élevées. Trouver des plasmons acoustiques dans des cuprates de type p clarifie leur présence universelle, quel que soit le signe des charges dopées dans les supraconducteurs cuprates, mais aussi ouvrir de nouvelles voies de recherche.

    Fig. 2. Ligne de lumière I21 RIXS à la source lumineuse Diamond, ROYAUME-UNI, dont la nouvelle capacité de rotation continue du spectromètre a conduit à cette découverte. Crédit :Source de lumière diamant

    L'étude ne se limite pas aux cuprates. RIXS pourrait également faire la lumière sur le comportement des plasmons dans d'autres supraconducteurs en couches, y compris les fer-pnictides et les supraconducteurs au nickel nouvellement découverts.

    "Le but de cette recherche est d'améliorer notre compréhension fondamentale du mécanisme par lequel se produit la supraconductivité. Puisque nous savons maintenant que les plasmons acoustiques sont présents dans les supraconducteurs cuprates de type n et p, et les voies spécifiques pour les étudier dans chaque type, nous pouvons nous concentrer sur la recherche de leur rôle dans la supraconductivité. Ceci peut, à son tour, permettent de concevoir des supraconducteurs à très haute température, qui se prêtent à des applications pratiques telles que la transmission d'énergie à haut rendement, " ajoute le Dr Ke-Jin Zhou.

    L'équipe affirme que les travaux rapportés ne font que marquer le début de la recherche sur les plasmons dans les supraconducteurs. Ils prévoient de continuer à utiliser RIXS pour explorer les plasmons acoustiques dans les supraconducteurs cuprates, étudier différents matériaux, et différents niveaux de dopage, à une plage de températures supérieures et inférieures à la température critique.

    L'étude détaille comment ils ont démontré l'existence de plasmons acoustiques à basse fréquence fortement dispersifs dans un vaste O K -Etude RIXS de deux cuprates représentatifs de type p :La 1,84 Sr 0,16 CuO 4 (LSCO) et Bi 2 Sr 1.6 La 0,4 CuO 6+δ (Bi2201). Leurs résultats montrent que la nature des plasmons acoustiques est similaire à travers les cuprates avec différents types de charges dopées.

    L'article intitulé "The nature of plasmon excitations in hole-doped cuprate supraconductors" est publié dans Lettres d'examen physique .


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