Des chercheurs de l'UBC ont capturé un aperçu sans précédent de la naissance de la supraconductivité à haute température dans les cuprates, régler un débat scientifique et découvrir de nouvelles pistes pour explorer le potentiel d'autres supraconducteurs non conventionnels.

Pour cette étude, les chercheurs ont étudié des cuprates supraconducteurs non conventionnels, matériaux qui commencent à passer à la supraconductivité à une température record d'environ -170 C. La plupart des supraconducteurs conventionnels nécessitent des températures très basses autour du zéro absolu ou -273 C. Les supraconducteurs présentent des propriétés physiques étonnantes - telles que la lévitation magnétique ou la transmission de puissance sans perte - qui pourraient conduire à de nouvelles technologies.

Les scientifiques débattent depuis longtemps de l'ingrédient clé qui permet aux cuprates de devenir supraconducteurs à haute température :la supraconductivité apparaît-elle lorsque les électrons se lient par paires ? connu sous le nom de paires de Cooper, ou lorsque ces paires établissent une cohérence de phase macroscopique ?

Des chercheurs du Stewart Blusson Quantum Matter Institute (SBQMI) de l'UBC ont utilisé un laser ultrarapide financé par la Fondation Gordon et Betty Moore pour répondre à la question.

La recherche indique que la présence d'une "colle" attrayante, lier les électrons en paires, est nécessaire mais pas suffisant pour stabiliser l'état supraconducteur. Plutôt, les couples Cooper doivent se comporter de manière cohérente dans leur ensemble pour établir une ligne de communication, avec une seule phase quantique macroscopique.

"D'une manière générale, vous pouvez imaginer une cohérence de phase qui s'apparente à un grand ensemble de flèches toutes alignées dans le même sens, " dit Fabio Boschini, auteur principal de l'étude et stagiaire postdoctoral à la SBQMI. "Quand les Cooper s'apparient, esquissé comme des flèches, pointer dans des directions aléatoires, la cohérence de phase est perdue."

La cohérence de phase émerge sur une échelle de temps de quelques centaines de femtosecondes (une femtoseconde équivaut à un quadrillionième de seconde). Tirant parti des sources et des installations laser pulsées du nouveau centre UBC-Moore de la SBQMI pour la matière quantique ultrarapide, les chercheurs ont mis au point une nouvelle technique d'enquête pour « observer » ce qui arrive aux électrons du matériau au cours de ces échelles de temps ultrarapides. L'effort a révélé le rôle clé de la cohérence de phase dans la conduite de la transition vers l'état supraconducteur des oxydes de cuivre.

"Grâce aux avancées très récentes des sources laser pulsées, nous commençons tout juste à visualiser les propriétés dynamiques des matériaux quantiques, " dit Andrea Damascelli, chef de l'équipe de recherche et directeur scientifique de la SBQMI. « En appliquant ces techniques pionnières, notre équipe de recherche vise à révéler les mystères insaisissables de la supraconductivité à haute température et d'autres phénomènes fascinants de la matière quantique."

L'étude a été publiée dans Matériaux naturels .