Des chercheurs du Boston College et du Brookhaven National Laboratory ont réussi à modifier un matériau supraconducteur à haute température en cuprate en un état isolant, où ils ont trouvé une phase de cristal liquide exotique.

L'observation d'une phase cristalline dite "charge-stripe" a été la première du genre dans le cuprate, faisant partie d'une classe de matériaux appelés isolants Mott, l'équipe rapporte aujourd'hui dans le journal Matériaux naturels .

L'absence de porteurs gratuits indique que le matériel est "non dopé". Le processus de dopage introduit des porteurs de charge et les théoriciens ont soutenu que lorsqu'ils sont dopés, un cuprate verrait l'ordre des porteurs de charge et formerait des phases de cristaux liquides marquées par des motifs périodiques de "rayures de charge". De tels motifs n'ont jusqu'à présent été observés expérimentalement qu'à l'état supraconducteur, a déclaré l'auteur principal, professeur adjoint de physique au Boston College, Iilja Zeljkovic.

Zeljkovic et l'équipe, qui comprenait des membres de son laboratoire, Professeur de physique au Boston College Ziqiang Wang, et des chercheurs du Brookhaven National Laboratory à New York, a utilisé une nouvelle méthodologie pour induire l'ordre des charges à l'état isolant, ils rapportent dans l'article, intitulé "Phase cristalline Charge-Stripe dans un cuprate isolant".

L'équipe a appliqué une méthode de recuit de surface, un traitement de tête utilisé pour altérer les propriétés physiques et chimiques des métaux, a déclaré Zeljkovic. Le processus a permis à l'équipe d'étendre la plage de dopage accessible dans le cuprate, composé de bismuth, strontium, calcium, cuivre et oxygène.

Accéder à de nouvelles régions du matériel, l'équipe a obtenu un "légèrement dopé, état d'isolateur de transfert de charge, " a déclaré Zeljkovic.

L'équipe a analysé l'état isolant au niveau atomique en utilisant la microscopie à effet tunnel et la spectroscopie à des températures d'hélium liquide.

"Nos mesures révèlent l'émergence d'un ordre de bande de charge unidirectionnel avec une longueur d'onde d'exactement 4 constantes de réseau atomique, ", a déclaré Zeljkovic. "Nos données prouvent également que les cuprates légèrement dopés ont tendance à former des rayures sur l'ordre bidirectionnel" en damier ", résolvant ainsi la controverse de longue date sur le terrain qui n'a pas pu être résolue à l'aide des données existantes sur des échantillons plus dopés."

Zeljkovic a déclaré que ses collègues et lui aimeraient ensuite explorer la relation entre la phase de charge ordonnée observée et les phases de charge ordonnée observées dans l'état supraconducteur.

La découverte soulève la question de savoir si le « spin » des porteurs de charge s'ordonne également en modèles périodiques, formant des ondes dites de densité de spin, a déclaré Zeljkovic.