La supraconductivité à haute température est l'un des grands mystères de la physique. Le groupe de recherche de Milan Allan a utilisé pour la première fois un microscope à effet tunnel Josephson pour imager les variations spatiales des particules supraconductrices, et publié à ce sujet dans la revue La nature .

"L'un des mystères des supraconducteurs à haute température est la possibilité d'être inhomogène. Cela signifie que la densité des paires de Cooper provoquant la supraconductivité change dans l'espace, " dit le physicien Milan Allan de LION, 'nous l'avons prouvé, En effet, il existe des supraconducteurs très hétérogènes, en les imaginant pour la première fois."

La découverte a rapporté Doohee Cho, Koen Bastiaans, Damianos Chatzopoulos et Allan a Nature, et peut aider à expliquer la mystérieuse supraconductivité à haute température.

supraconductivité conventionnelle, dans lequel un matériau conduit un courant électrique sans aucune résistance mesurable, a été découvert en 1911. Le physicien de Leyde Heike Kamerlingh Onnes a remarqué que la résistance électrique du mercure disparaissait à une température de 4,2 degrés au-dessus du zéro absolu.

Bateaux à voile

C'était étrange et inattendu, car normalement, électrons qui traversent un métal, se heurtera à des atomes ou à des irrégularités dans la structure cristalline, conduisant à une résistance électrique.

Seulement en 1957, le phénomène a été expliqué par les physiciens Bardeen, Cooper et Schrieffer. Ils ont montré comment les électrons traversant un cristal peuvent se détecter à distance, via des vibrations dans le réseau cristallin, les conduisant à s'accoupler et à former ce qu'on appelle des paires de Cooper.

A part les électrons, Les paires de Cooper peuvent fusionner et former un grand collectif, se déplaçant à travers le cristal. Ce collectif est beaucoup plus grand que les atomes ou défauts individuels, et il ne les sentira pas. C'est un peu comme la vague géante qui traverse un champ de voiliers sans encombre, où les petites vagues seront arrêtées par des bateaux individuels.

Supraconducteurs à haute température

De façon inattendue, en 1986, les physiciens suisses Bednorz et Müller ont découvert une classe de matériaux supraconducteurs à des températures exceptionnellement « chaudes » jusqu'à 90 degrés au-dessus du zéro absolu. Assez chaud pour parler de supraconductivité à haute température."

Cela promet une foule d'applications dans la technologie, allant des lignes électriques pratiquement sans perte aux trains en vol stationnaire, si la température critique pouvait être augmentée jusqu'à la température ambiante.

"Mais la promesse n'a pas été tenue, " dit Allan. Certaines applications arrivent lentement sur le marché, mais la température critique a calé, peut-être parce qu'à ce jour, les physiciens théoriciens ne comprennent pas complètement la supraconductivité non conventionnelle, malgré des décennies d'expériences et de théories.

Ce qui a été connu, est que les paires de Cooper dans ces supraconducteurs sont beaucoup plus petites et clairsemées par rapport aux supraconducteurs conventionnels.

Microscope Josephson

« On parle de cette inhomogénéité depuis des années, " dit Allan. Pour enfin le visualiser, Le groupe d'Allan a utilisé un type spécial de microscope à effet tunnel (STM), qui image un échantillon en déplaçant une petite pointe d'aiguille au-dessus de la surface. Pendant que l'aiguille balaie la surface, les propriétés locales sont mesurées, donnant une image à résolution atomique.

Le type spécifique de STM est appelé Josephson-STM, dont la pointe est recouverte de plomb supraconducteur. Il utilise l'effet Josephson :deux courants supraconducteurs peuvent traverser un petit espace non conducteur, dans ce cas l'écart entre la pointe et l'échantillon. En mesurant soigneusement ce courant Josephson, la densité des paires de Cooper peut être mesurée. En utilisant d'autres microscopes, il peut cartographier simultanément la cohérence des paires de Cooper, une mesure de leur stabilité.

Lumpy Cooper paires

Les images, prenant chacun environ trois jours de numérisation, ont montré que la cohérence et la densité étaient très inhomogènes.

Pour exclure la possibilité que cela soit causé par des inhomogénéités dans le cristal lui-même, les physiciens ont également imagé les atomes, mais cela a donné un modèle complètement différent. "Cela montre que l'inhomogénéité n'est pas simplement une conséquence du réseau cristallin mais plutôt, c'est une propriété des paires Cooper elles-mêmes, " dit Alain.

Josephson STM avait été construit et utilisé auparavant, mais pas à la résolution et à la fiabilité qui ont donné ces images. "C'est une somme de nombreuses améliorations techniques individuelles, qui nous a permis de le faire. Et aussi en choisissant le bon échantillon." Le séléniure de tellurure de fer (FeTeSe) soigneusement sélectionné est un supraconducteur à haute température, mais relativement simple

Un nouvel objectif

Les résultats peuvent en outre aider les théoriciens, comme les physiciens LION Jan Zaanen et Koenraad Schalm, resoudre le mystere. Avec son microscope, Allan espère étudier d'autres matériaux très bientôt. "C'est comme un nouvel objectif, un nouveau type de télescope. Finalement, nous pouvons examiner une propriété clé de la supraconductivité qui n'était pas visible auparavant."