Depuis que les supraconducteurs cuprate (contenant du cuivre) ont été découverts pour la première fois en 1986, ils ont grandement intrigué les chercheurs. Les supraconducteurs cuprate ont des températures supraconductrices critiques - le point auquel leur résistance électrique tombe à zéro - jusqu'à 138 K à pression ambiante, qui dépasse de loin les températures critiques des autres supraconducteurs et est encore plus élevée que ce que l'on pense possible sur la base de la théorie.

Maintenant dans une nouvelle étude, les chercheurs ont découvert l'existence d'une boucle de rétroaction positive qui améliore grandement la supraconductivité des cuprates et pourrait faire la lumière sur les origines de la supraconductivité des cuprates à haute température, considérée comme l'une des questions ouvertes les plus importantes en physique.

Les chercheurs, Haoxiang Li et al., à l'Université du Colorado à Boulder et à l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne, ont publié un article sur leurs résultats expérimentaux ARPES (Angle Resolved Photoemission Spectroscopy) sur les supraconducteurs cuprates à haute température dans un numéro récent de Communication Nature .

Comme l'expliquent les chercheurs, le mécanisme de rétroaction positive provient du fait que les électrons dans l'état de cuprate non supraconducteur sont corrélés différemment que dans la plupart des autres systèmes, y compris dans les supraconducteurs conventionnels, qui ont des corrélations électroniques fortement cohérentes. En revanche, les cuprates dans leur état non supraconducteur ont des corrélations "étrange-métal" fortement incohérentes, qui sont au moins en partie éliminés ou affaiblis lorsque les cuprates deviennent supraconducteurs.

En raison de ces corrélations électroniques incohérentes, il a été largement admis que le cadre qui décrit la supraconductivité conventionnelle - qui est basé sur la notion de quasiparticules - ne peut pas décrire avec précision la supraconductivité cuprate. En réalité, certaines recherches ont suggéré que les supraconducteurs cuprates ont des propriétés électroniques si inhabituelles que même essayer de les décrire avec la notion de particules de toute nature devient inutile.

Cela conduit à la question de, quel rôle, si seulement, les corrélations étranges-métaux jouent-elles dans la supraconductivité de cuprate à haute température ?

Le principal résultat du nouvel article est que ces corrélations ne disparaissent pas simplement dans l'état supraconducteur de cuprate, mais au lieu de cela, ils sont convertis en corrélations cohérentes qui conduisent à une amélioration de l'appariement des électrons supraconducteurs. Ce processus se traduit par une boucle de rétroaction positive, dans lequel la conversion des corrélations incohérentes de métaux étranges en un état cohérent augmente le nombre de paires d'électrons supraconducteurs, ce qui à son tour conduit à plus de conversion, etc.

Les chercheurs ont découvert que, en raison de ce mécanisme de rétroaction positive, la force des corrélations électroniques cohérentes dans l'état supraconducteur est sans précédent, dépassant largement ce qui est possible pour les supraconducteurs conventionnels. Une interaction électronique aussi forte ouvre également la possibilité que la supraconductivité du cuprate puisse se produire en raison d'un mécanisme d'appariement totalement non conventionnel - un mécanisme d'appariement purement électronique qui pourrait survenir uniquement en raison de fluctuations quantiques.

"Nous découvrons expérimentalement que les corrélations électroniques incohérentes dans l'étrange "état normal" du métal sont converties en corrélations cohérentes dans l'état supraconducteur qui aident à renforcer la supraconductivité, avec une boucle de rétroaction positive qui s'ensuit, " a déclaré le coauteur Dan Dessau de l'Université du Colorado à Boulder Phys.org . "Une boucle de rétroaction positive aussi forte devrait renforcer la plupart des mécanismes d'appariement conventionnels, mais pourrait également permettre un mécanisme d'appariement vraiment non conventionnel (purement électronique)."

Étonnamment, les chercheurs ont également découvert qu'ils pouvaient décrire leurs résultats expérimentaux en utilisant une approche quasi-particulaire semi-conventionnelle, malgré le fait que les supraconducteurs en cuprate se comportent si différemment des autres matériaux.

À l'avenir, les chercheurs prévoient d'étudier si ce mécanisme de rétroaction positive peut être intégré dans d'autres matériaux, menant peut-être à de nouveaux types de supraconducteurs à haute température.

« Nous pouvons rechercher des boucles de rétroaction positives similaires dans des documents connexes, et peut également utiliser les nouvelles techniques basées sur ARPES pour sonder les détails des corrélations électroniques encore plus en détail, " dit Li.

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