supraconducteurs à haute température, qui transportent de l'électricité avec une résistance nulle à des températures beaucoup plus élevées que les matériaux supraconducteurs conventionnels, ont généré beaucoup d'enthousiasme depuis leur découverte il y a plus de 30 ans en raison de leur potentiel de révolutionner les technologies telles que les trains maglev et les lignes électriques longue distance. Mais les scientifiques ne comprennent toujours pas comment ils fonctionnent.

Une pièce du puzzle est le fait que des ondes de densité de charge - des bandes statiques de densité électronique supérieure et inférieure traversant un matériau - ont été trouvées dans l'une des grandes familles de supraconducteurs à haute température, les cuprates à base de cuivre. Mais ces bandes de charge améliorent-elles la supraconductivité, le supprimer ou jouer un autre rôle ?

Dans des études indépendantes, deux équipes de recherche font état d'avancées importantes dans la compréhension de l'interaction des bandes de charge avec la supraconductivité. Les deux études ont été réalisées avec des rayons X au laboratoire national de l'accélérateur SLAC du ministère de l'Énergie.

Détail exquis

Dans un article publié aujourd'hui dans Avancées scientifiques , des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign (UIUC) ont utilisé le laser à rayons X à électrons libres Linac Coherent Light Source (LCLS) du SLAC pour observer les fluctuations des ondes de densité de charge dans un supraconducteur en cuprate.

Ils ont perturbé les ondes de densité de charge avec des impulsions d'un laser conventionnel et ont ensuite utilisé RIXS, ou diffusion inélastique résonnante des rayons X, regarder les vagues se redresser sur une période de quelques billions de seconde. Ce processus de récupération se comportait selon une loi d'échelle dynamique universelle :il était le même à toutes les échelles, tout comme un motif fractal se ressemble, que vous zoomiez ou dézoomiez.

Avec LCLS, les scientifiques ont pu mesurer, pour la première fois et dans les moindres détails, exactement à quelle distance et à quelle vitesse les ondes de densité de charge ont fluctué. A leur grande surprise, l'équipe a découvert que les fluctuations n'étaient pas comme le son d'une cloche ou le rebond d'un trampoline; au lieu, ils ressemblaient plus à la diffusion lente d'un sirop - un analogue quantique du comportement des cristaux liquides, qui n'avait jamais été vu auparavant dans un solide.

"Nos expériences au LCLS établissent une nouvelle façon d'étudier les fluctuations des ondes de densité de charge, ce qui pourrait conduire à une nouvelle compréhension du fonctionnement des supraconducteurs à haute température, " dit Matteo Mitrano, chercheur postdoctoral dans le groupe du professeur Peter Abbamonte à l'UIUC.

Cette équipe comprenait également des chercheurs de l'Université de Stanford, le National Institute of Standards and Technology et le Brookhaven National Laboratory.

Dispositions cachées

Une autre étude, signalé le mois dernier dans Communication Nature , utilisé les rayons X de la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL) du SLAC pour découvrir deux types d'arrangements d'ondes de densité de charge, établir un nouveau lien entre ces ondes et la supraconductivité à haute température.

Dirigé par le scientifique du SLAC Jun-Sik Lee, l'équipe de recherche a utilisé RSXS, ou diffusion de rayons X mous résonnants, pour observer comment la température affectait les ondes de densité de charge dans un supraconducteur en cuprate.

"Cela résout une incohérence dans les données des expériences précédentes et trace une nouvelle voie pour cartographier complètement les comportements des électrons dans ces matériaux supraconducteurs exotiques, " dit Lee.

"Je crois qu'explorer des arrangements nouveaux ou cachés, ainsi que leurs phénomènes d'entrelacement, contribuera à notre compréhension de la supraconductivité à haute température dans les cuprates, qui informera les chercheurs dans leur quête pour concevoir et développer de nouveaux supraconducteurs qui fonctionnent à des températures plus chaudes. »