Physiciens de l'Université de Bath au Royaume-Uni, en collaboration avec des chercheurs américains, ont découvert un nouveau mécanisme permettant au magnétisme et à la supraconductivité de coexister dans le même matériau. Jusqu'à maintenant, les scientifiques ne pouvaient que deviner comment cette coexistence inhabituelle pourrait être possible. La découverte pourrait conduire à des applications dans les technologies de l'énergie verte et dans le développement de dispositifs supraconducteurs, tels que le matériel informatique de nouvelle génération.

Comme règle, la supraconductivité (la capacité d'un matériau à faire passer un courant électrique avec une parfaite efficacité) et le magnétisme (vu à l'œuvre dans les aimants de réfrigérateur) font de mauvais couples car l'alignement des minuscules particules magnétiques électroniques dans les ferroaimants conduit généralement à la destruction des paires d'électrons responsables pour la supraconductivité. Malgré cela, les chercheurs de Bath ont découvert que le supraconducteur à base de fer RbEuFe4As4, qui est supraconducteur en dessous de -236°C, présente à la fois une supraconductivité et un magnétisme inférieurs à -258°C.

Étudiant en recherche postdoctorale en physique David Collomb, qui a dirigé la recherche, a expliqué :« Il y a un état dans certains matériaux où, si vous les faites vraiment froids - beaucoup plus froids que l'Antarctique - ils deviennent supraconducteurs. Mais pour que cette supraconductivité soit appliquée à des applications de niveau supérieur, le matériau doit montrer la coexistence avec des propriétés magnétiques. Cela nous permettrait de développer des dispositifs fonctionnant sur un principe magnétique, comme la mémoire magnétique et le calcul utilisant des matériaux magnétiques, profiter également des avantages de la supraconductivité.

"Le problème est que la supraconductivité est généralement perdue lorsque le magnétisme est activé. Pendant de nombreuses décennies, les scientifiques ont essayé d'explorer une multitude de matériaux qui ont les deux propriétés dans un seul matériau, et les scientifiques des matériaux ont récemment eu un certain succès en fabriquant une poignée de ces matériaux. Cependant, tant qu'on ne comprend pas pourquoi la coexistence est possible, la chasse à ces matériaux ne peut se faire avec un peigne aussi fin.

"Cette nouvelle recherche nous donne un matériau qui a une large plage de température où ces phénomènes coexistent, et cela nous permettra d'étudier de plus près et de manière très détaillée l'interaction entre le magnétisme et la supraconductivité. Avec un peu de chance, cela nous permettra d'identifier le mécanisme par lequel cette coexistence peut se produire."

Dans une étude publiée dans Lettres d'examen physique , l'équipe a étudié le comportement inhabituel de RbEuFe4As4 en créant des cartes de champ magnétique d'un matériau supraconducteur lorsque la température diminuait. A leur grande surprise, ils ont trouvé que les tourbillons (les points dans le matériau supraconducteur où le champ magnétique pénètre) ont montré un élargissement prononcé près de la température de -258°C, indiquant une forte suppression de la supraconductivité lorsque le magnétisme s'est allumé.

Ces observations sont en accord avec un modèle théorique récemment proposé par le Dr Alexei Koshelev du Argonne National Laboratory aux États-Unis. Cette théorie décrit la suppression de la supraconductivité par les fluctuations magnétiques dues aux atomes d'europium (Eu) dans les cristaux. Ici, la direction magnétique de chaque atome d'Eu commence à fluctuer et à s'aligner avec les autres, lorsque le matériau descend en dessous d'une certaine température. Cela rend le matériau magnétique. Les chercheurs de Bath concluent que si la supraconductivité est considérablement affaiblie par l'effet magnétique, il n'est pas entièrement détruit.

"Cela suggère que dans notre matériel, le magnétisme et la supraconductivité sont séparés l'un de l'autre dans leurs propres sous-réseaux, qui n'interagissent que très peu, " a déclaré M. Collomb.

« Ce travail fait considérablement progresser notre compréhension de ces phénomènes coexistants rares et pourrait conduire à des applications possibles dans les dispositifs supraconducteurs du futur. Il engendrera une chasse plus approfondie dans les matériaux qui présentent à la fois la supraconductivité et le magnétisme. domaines appliqués pour prendre certains de ces matériaux et en faire des appareils informatiques de nouvelle génération.

"Avec un peu de chance, la communauté scientifique entrera progressivement dans une ère où nous passerons de la recherche du ciel bleu à la fabrication d'appareils à partir de ces matériaux. Dans une dizaine d'années, nous pourrions voir des prototypes d'appareils utilisant cette technologie qui font un vrai travail."

Les collaborateurs américains de ce projet étaient l'Argonne National Laboratory, Université Hofstra et Université Northwestern.