Figure 1 :L'arrangement moléculaire de la couche de bis(éthylènedithio)tétrathiafulvalène (BEDT-TTF) dans le conducteur moléculaire étudié dans cette étude (sphères d'or :soufre; sphères d'argent :carbone; sphères rouges :trous entre deux molécules). Cet arrangement donne lieu à de multiples états d'énergie les plus bas en raison de la frustration géométrique. Crédit :AAAS de Réf. 2. © Kawasugiet al., Certains droits réservés; titulaire exclusif de la licence American Association for the Advancement of Science.Distribué sous une licence Creative Commons Attribution NonCommercial 4.0 (CCBY-NC)
Une différence significative entre la supraconductivité dans deux systèmes supraconducteurs non conventionnels importants a été découverte par trois physiciens théoriciens du RIKEN. Cette découverte fournit aux physiciens des indices précieux pour mieux comprendre le fonctionnement de la supraconductivité dans ces systèmes.
Le flux d'électricité sans résistance, ou supraconductivité, peuvent être divisés en deux catégories :conventionnels et non conventionnels. Le mécanisme de la supraconductivité conventionnelle est connu depuis plus de 60 ans, alors que le mécanisme de la supraconductivité non conventionnelle n'a pas encore été complètement élucidé. Établir le fonctionnement de la supraconductivité dans les supraconducteurs non conventionnels serait une étape majeure vers la réalisation de l'objectif longtemps souhaité de réaliser la supraconductivité à température ambiante.
La supraconductivité non conventionnelle se produit dans divers matériaux. Les plus connus sont les oxydes de cuivre appelés cuprates, qui supraconducteur à des températures relativement élevées. Quelques conducteurs moléculaires - des composés organiques qui conduisent l'électricité - présentent également une supraconductivité non conventionnelle. Les physiciens se demandent si la supraconductivité dans les cuprates et les conducteurs moléculaires provient de mécanismes similaires.
"Les mécanismes de supraconductivité dans les cuprates et les conducteurs moléculaires sont en débat, " note le scientifique en chef Seiji Yunoki. " Les deux systèmes ont beaucoup de similitudes, mais aussi quelques différences."
Maintenant, Yunoki et Hiroshi Watanabe du RIKEN Computational Condensed Matter Physics Laboratory et Hitoshi Seo du RIKEN Condensed Matter Theory Laboratory ont théoriquement calculé les propriétés électroniques d'un conducteur moléculaire basé sur le composé organique contenant du soufre bis(éthylènedithio)tétrathiafulvalène (BEDT-TTF) .
En particulier, ils ont étudié comment l'ajout d'électrons affecte ses propriétés électroniques. Le trio a également exploré ce qui se passe lorsque les électrons sont supprimés, ce qui équivaut à ajouter des « trous », des lacunes dans la structure moléculaire qui manquent d'électrons. Ils ont découvert qu'il existe deux types différents de supraconductivité qui ont des symétries différentes - l'un est favorisé lorsque des électrons sont ajoutés, tandis que l'autre est favorisée lorsque des trous sont ajoutés.
Cette prédiction théorique a récemment été largement confirmée par une étude expérimentale menée par une équipe d'expérimentateurs du RIKEN.
Cela diffère de ce qui se passe dans les cuprates. Les chercheurs attribuent cette différence au fait que la structure cristalline du conducteur moléculaire est telle que divers états sont en compétition énergétique. Par conséquent, ils basculent entre eux lorsqu'il y a des changements subtils de paramètres. Ce phénomène est connu sous le nom de frustration géométrique.
"Notre simulation indique que le mécanisme de supraconductivité dans notre système est différent au sens le plus strict car il a une frustration géométrique, alors qu'il n'y a pas de frustration dans les cuprates, " dit Watanabe.
L'équipe a maintenant l'intention d'étudier ce qui arrive à leur conducteur moléculaire à des températures plus élevées.
