Des chercheurs en France et au Japon ont démontré un type théorique de supraconductivité non conventionnelle dans un matériau à base d'uranium, selon une étude publiée dans la revue Lettres d'examen physique .

En utilisant une très haute pression et un champ magnétique, l'équipe a démontré que le matériau à base d'uranium UBe13 présente une supraconductivité triplet. C'est un phénomène dans lequel les électrons forment des paires dans un état de spin parallèle. Dans les matériaux supraconducteurs conventionnels, les électrons de spins opposés s'apparient, s'annulant efficacement les uns les autres.

"Jusqu'à maintenant, il y a eu très peu d'exemples clairs de supraconductivité triplet, même si un certain nombre de supraconducteurs ont été découverts dans divers systèmes métalliques au cours du siècle dernier, ", explique Yusei Shimizu, scientifique en matériaux de l'Université de Tohoku. "Nos expériences de pression à basse température ont fourni des preuves solides de la supraconductivité spin-triplet dans UBe13."

Des matériaux qui deviennent supraconducteurs, souvent à basse température, laisser passer l'électricité à travers eux pratiquement sans résistance, minimisant la perte d'énergie dans le processus. Ce phénomène, découvert initialement dans certains métaux purs, a été trouvé dans une incroyable variété de systèmes différents. Parmi ceux-ci, UBe13 a été l'un des premiers supraconducteurs à « fermions lourds » découverts. Les électrons dans les composés métalliques à fermions lourds semblent être 1, 000 fois plus massives que les électrons dans les métaux ordinaires.

Avec la nouvelle vision, les scientifiques peuvent maintenant expliquer ce qui se passe dans le matériau énigmatique d'uranium UBe13 à l'échelle atomique et comment il agit comme un supraconducteur spin-triplet dans les champs magnétiques.

Une équipe de l'Université Grenoble Alpes en France et de l'Université du Tohoku au Japon a mesuré la supraconductivité de l'UBe13 sous diverses pressions élevées à très basse température (Figures). Ils ont découvert que l'état supraconducteur de ce matériau est expliqué avec succès par un modèle théorique dans lequel les électrons forment des paires de Cooper avec des spins parallèles.

Cela se produit sous la forme d'un «état fondamental supraconducteur non conventionnel» à des pressions ambiantes et élevées allant jusqu'à six gigapascals. En comparaison, les diamants fondent à l'aide d'un laser à haute énergie à une pression de 1,5 gigapascals. Cet état supraconducteur particulier explique avec succès la nature très déroutante des supraconducteurs triplet à base d'uranium sous des champs magnétiques élevés.

Actuellement, les supraconducteurs nécessitent des températures très basses pour des performances optimales, ils sont donc principalement utilisés dans les machines d'imagerie par résonance magnétique et les accélérateurs de particules. Comprendre comment divers matériaux conduisent l'électricité à l'échelle atomique pourrait conduire à un plus large éventail d'applications.

En plus de démontrer la supraconductivité triplet, les chercheurs notent que UBe13 pourrait aider à répondre à des questions plus générales. Par exemple, les excitations de surface de UBe13 pourraient convenir aux physiciens pour observer des particules théoriques appelées fermions de Majorana, un type exotique de particule composite qui est sa propre antiparticule et qui pourrait révolutionner l'informatique quantique à l'avenir.