Une équipe de recherche dirigée par Shunsuke Yoshizawa, Chercheur ICYS, NIMS, Takashi Uchihashi, leader du groupe Surface Quantum Phase Materials, MANA, NIMS, Emi Minamitani, maître assistant, École d'ingénieurs, Université de Tokyo, Toshihiko Yokoyama, professeur, IMS, NINS, et Kazuyuki Sakamoto, professeur, École supérieure des sciences de l'intégration avancée, Université de Chiba, réussi à contrôler avec précision la température de transition des supraconducteurs à l'échelle atomique à l'aide de molécules organiques magnétiques. L'équipe a également identifié le mécanisme de contrôle.

Matériaux de couche atomique, dont le graphène, ont été activement étudiées ces dernières années. En particulier, beaucoup d'attention a été attirée sur les découvertes de matériaux de couche atomique supraconducteurs avec une température de transition élevée. Ces matériaux sont supérieurs aux matériaux en vrac dans la mesure où leurs propriétés supraconductrices peuvent être contrôlées par dopage des supports de leurs surfaces/interfaces. Cependant, il avait été difficile de comprendre le mécanisme du dopage des porteurs au niveau microscopique.

L'équipe de recherche a récemment réussi pour la première fois à contrôler avec précision la température de transition des couches atomiques supraconductrices à l'aide de molécules organiques. Pour y parvenir, l'équipe a fabriqué une hétérostructure idéale constituée d'une couche atomique supraconductrice et d'une couche de molécules organiques hautement ordonnées au-dessus de la couche atomique. La création de l'hétérostructure a permis à l'équipe d'effectuer une étude détaillée sur le mécanisme derrière le dopage des matériaux des couches atomiques. Par conséquent, l'analyse a révélé que les atomes métalliques au centre des molécules organiques conservaient des spins électroniques, qui pourrait générer du magnétisme. En outre, l'équipe a découvert que le changement de température de transition supraconductrice est fortement influencé par la compétition entre la charge électronique et le spin dans les molécules organiques. De plus, l'équipe a découvert que l'effet de spin est régi par la direction des orbitales électroniques, qui peuvent être considérés comme des "degrés de liberté cachés" dans les molécules.

Au vu de ces résultats, les chercheurs visent à améliorer considérablement les propriétés supraconductrices, c'est-à-dire la température de transition supraconductrice, de ces hétérostructures. Une fois cette amélioration effectuée, les chercheurs espèrent appliquer des matériaux supraconducteurs dans une grande variété de domaines de manière à ce que la technologie aide à atténuer les problèmes environnementaux/énergétiques et à soutenir le développement durable de la société.

Cette étude a été publiée dans Lettres nano , un journal de l'American Chemical Society, le 30 mars, 2017.