Un groupe de chercheurs d'institutions coréennes et américaines a déterminé comment utiliser un type de microscopie électronique pour faire basculer les régions d'un supraconducteur à base de fer entre des états supraconducteurs et non supraconducteurs. Cette étude, publié dans l'édition du 1er décembre de Lettres d'examen physique , est le premier du genre, et il ouvre la porte à une nouvelle façon de manipuler et d'apprendre sur les supraconducteurs.

Les supraconducteurs à base de fer, dont un a été étudié dans ce travail, sont l'une des nombreuses classes de ces matériaux fascinants, qui ont la capacité de conduire l'électricité avec une résistance pratiquement nulle en dessous d'une certaine température. Les scientifiques travaillent toujours sur les détails complexes au niveau atomique qui sous-tendent les comportements électroniques et magnétiques de ces matériaux. Les matériaux à base de fer, en particulier, sont connus pour afficher des phénomènes intrigants liés à la coexistence d'états supraconducteurs et magnétiques.

Ici, les chercheurs ont étudié un composé composé de strontium (Sr), vanadium (V), l'oxygène (O), fer (Fe), et l'arsenic (As), avec une structure constituée d'une alternance de FeAs et Sr 2 VO 3 couches. Ils ont sondé ses propriétés magnétiques et électroniques avec un microscope à effet tunnel à polarisation de spin (SPSTM), un appareil qui fait passer une pointe de métal atomiquement acérée - à peine quelques atomes de large - sur la surface d'un échantillon. La pointe et l'échantillon ne se touchent pas mais sont rapprochés l'un de l'autre à l'échelle quantique de sorte qu'une tension de polarisation appliquée entre eux provoque la circulation d'un courant entre la pointe et l'échantillon. Dans ce cas, le courant est polarisé en spin, ce qui signifie que ses électrons ont tendance à avoir le même spin - le petit champ magnétique porté par un électron qui pointe soit " vers le haut " soit " vers le bas, " comme une barre aimantée.

Typiquement, la couche FeAs de ce matériau est fortement supraconductrice et préfère un certain ordre magnétique, surnommé C 2 ordre, qui fait référence à la façon dont les champs magnétiques de ses atomes (qui sont dus, à son tour, aux spins des électrons) sont arrangés. Les résultats du scan SPSTM montrent que le courant polarisé en spin injecté, lorsqu'il est suffisamment élevé, induit un ordre magnétique différent, C 4 ordre, dans la couche FeAs. Dans cette même région, la supraconductivité disparaît d'une manière ou d'une autre comme par magie.

"A notre connaissance, notre étude est le premier rapport d'une observation directe en espace réel de ce type de contrôle par une sonde locale, ainsi que la première démonstration à l'échelle atomique de la corrélation entre magnétisme et supraconductivité, " a déclaré l'auteur correspondant de l'article, Jhinhwan Lee, un physicien au Korea Advanced Institute of Science and Technology, à Phys.org .

Lee et son groupe ont présenté de nouvelles façons d'effectuer le SPSTM à l'aide d'une pointe en chrome antiferromagnétique (Cr). Un antiferromagnétique est un matériau dans lequel les champs magnétiques de ses atomes sont ordonnés selon un schéma alterné de haut en bas, de sorte qu'il a un champ magnétique parasite minimal qui peut tuer par inadvertance la supraconductivité locale (ce qui peut arriver avec des pointes ferromagnétiques, tels que les conseils Fe, que d'autres chercheurs du SPSTM utilisent). Ils ont comparé ces scans de pointe Cr avec ceux pris avec une pointe de tungstène (W) non polarisée. Aux faibles tensions de polarisation, les scans de surface étaient qualitativement identiques. Mais comme la tension a été augmentée à l'aide de la pointe Cr, la surface a commencé à changer, révélant le C 4 symétrie magnétique. Le C 4 ordre maintenu même lorsque la tension a été abaissée à nouveau, bien qu'il ait été effacé lors d'un recuit thermique (traité thermiquement) au-delà d'une température spécifique au-dessus de laquelle tout ordre magnétique dans la couche de FeAs disparaît.

Pour étudier le lien entre le C 4 l'ordre magnétique et la suppression de la supraconductivité, Lee et son groupe ont effectué des scans SPSTM haute résolution du C 4 état avec des conseils Cr et les a comparés avec des simulations. Les résultats les ont amenés à suggérer une explication possible :que les fluctuations de spin de faible énergie dans le C 4 l'état ne peut pas médier l'appariement entre les électrons. Ceci est critique parce que cet appariement d'électrons, défiant leur envie naturelle de se repousser, conduit à la supraconductivité.

L'appariement basé sur la fluctuation de spin est une théorie d'appariement électronique dans les supraconducteurs à base de fer; un autre ensemble de théories suppose que les fluctuations des orbitales électroniques sont la clé. Lee et son groupe pensent que leurs résultats semblent soutenir le premier, au moins dans ce supraconducteur.

"Nos résultats peuvent être étendus à de futures études où le magnétisme et la supraconductivité sont manipulés à l'aide de courants polarisés en spin et non polarisés, conduisant à de nouveaux dispositifs de mémoire antiferromagnétique et à des transistors contrôlant la supraconductivité, " dit Lee.

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