Beaucoup d'entre nous connaissent le dioxyde de titane (TiO 2 ), un blanchisseur couramment utilisé dans les crèmes solaires et les peintures telles que les lignes blanches observées sur les courts de tennis. Moins connus sont d'autres oxydes de titane supérieurs - ceux qui contiennent un nombre plus élevé d'atomes de titane et d'oxygène que le TiO - qui font désormais l'objet d'une intensification des recherches en raison de leur utilisation potentielle dans les appareils électroniques de nouvelle génération.

Maintenant, des chercheurs de Tokyo Tech ont signalé la supraconductivité dans deux types d'oxydes de titane supérieurs préparés sous forme de films ultrafins. D'une épaisseur d'environ 120 nanomètres, ces matériaux révèlent des propriétés qui commencent seulement à être explorées.

"Nous avons réussi à faire pousser des couches minces de Ti 4 O 7 et γ-Ti3O5 pour la première fois, " dit Kohei Yoshimatsu, auteur principal de l'article publié dans Rapports scientifiques .

Jusqu'à maintenant, les deux matériaux n'avaient été étudiés qu'en vrac, dans lequel ils se comportent comme des isolants, à l'opposé des conducteurs. La formation de couches minces électriquement conductrices est donc considérée comme une grande avancée pour la physique fondamentale.

Les chercheurs ont découvert que la température de transition supraconductrice atteignait 3,0 K pour Ti 4 O 7 et 7,1 K pour le γ-Ti3O5. Atteindre 7,1 K même dans de simples oxydes métalliques est "un résultat étonnant", dit Yoshimatsu, car "il représente l'un des plus élevés connus parmi ces oxydes".

Les films minces sont épitaxiés, ce qui signifie qu'ils ont une structure cristalline bien alignée (voir Figure 1). "Ils sont extrêmement difficiles à cultiver, " dit Yoshimatsu. " Dans notre étude, au lieu d'utiliser du TiO2 conventionnel comme matériau de départ, nous avons choisi de commencer par le Ti légèrement plus réduit 2 O 3 ." Puis, dans des conditions atmosphériques contrôlées avec précision, le Ti 4 O 7 et les films γ-Ti3O5 ont été développés couche par couche sur des substrats de saphir dans un processus appelé dépôt par laser pulsé.

Pour vérifier les structures cristallines des films, l'équipe a collaboré avec des chercheurs du National Institute for Materials Science (NIMS) qui ont utilisé des techniques de caractérisation telles que la diffraction des rayons X (XRD) utilisant le rayonnement synchrotron au SPring-8, l'une des plus grandes installations au monde de ce type située dans la préfecture de Hyogo, l'ouest du Japon.

Jusqu'à présent, personne ne sait exactement comment la supraconductivité apparaît dans ces oxydes de titane. On pense que l'arrangement irrégulier (ou ce que l'on appelle non stoechiométrique) des atomes d'oxygène joue un rôle important. Cette disposition introduit des lacunes d'oxygène1 qui ne sont pas stables en vrac. En créant juste assez d'électrons conducteurs, les lacunes en oxygène peuvent aider à induire la supraconductivité.

Yoshimatsu dit que plus de travail sera nécessaire pour examiner les mécanismes sous-jacents. Comme les oxydes de titane sont des composés bon marché et relativement simples constitués de seulement deux types d'éléments, il ajoute qu'ils sont intéressants pour des recherches ultérieures.

En outre, il dit que l'étude peut faire avancer le développement des jonctions Josephson2 qui pourraient à l'avenir être utilisées pour construire de nouveaux types de circuits électroniques et, finalement, ordinateurs plus rapides.