La chasse aux supraconducteurs à haute température pourrait être facilitée par les calculs des physiciens de RIKEN qui ont révélé le comportement des électrons dans un matériau d'oxyde de nickel.

Les supraconducteurs peuvent véhiculer un courant électrique sans résistance, et sont utilisés pour fabriquer des électro-aimants puissants ou des instruments sensibles pour mesurer les champs magnétiques.

La supraconductivité conventionnelle dépend d'une forme d'appariement électronique qui ne se produit qu'à des températures extrêmement basses, les dispositifs supraconducteurs doivent donc être refroidis avec des gaz liquéfiés coûteux. Mais il y a environ 30 ans, les chercheurs ont découvert que certains matériaux de cuprate pouvaient devenir supraconducteurs à des températures relativement chaudes, jusqu'à -140 degrés Celsius. La cause sous-jacente de cette supraconductivité à haute température n'est toujours pas comprise.

En 2019, chercheurs ont découvert qu'un oxyde de nickel néodyme dopé au strontium (Nd 0,8 Sr 0,2 NiO 2 ) pourrait supraconductrice en dessous de -258 degrés Celsius. La découverte a attiré l'attention non pas à cause de la température, mais parce que ce matériau de nickelate a une structure cristalline très similaire aux cuprates, et peut servir de banc d'essai pour mieux comprendre comment fonctionne la supraconductivité dans ces matériaux.

Le matériau nickelé est constitué de couches alternées de Nd et NiO 2 . Yusuke Nomura du RIKEN Center for Emergent Matter Science et ses collègues ont maintenant étudié comment les interactions entre certains électrons dans ces deux couches pourraient influencer la supraconductivité.

Les calculs de l'équipe ont montré que les électrons dans le NiO 2 couche interagissent fortement les unes avec les autres, ce qui est similaire aux cuprates où la forte corrélation dans le CuO 2 On pense que la couche joue un rôle clé dans leur supraconductivité à haute température. Cependant, il y a une différence entre les nickelates et les cuprates :dans les nickelates, les électrons de la couche de néodyme sont partiellement occupés et forment la poche de Fermi, une région relativement petite dans la zone de Brillouin entourée par la surface de Fermi. Ces poches n'apparaissent pas dans les cuprates, ce qui peut faire du nickelate un analogue imparfait des cuprates.

L'équipe de Nomura a utilisé des modèles informatiques pour étudier si les poches pouvaient être éliminées en modifiant la composition chimique du matériau et ainsi créer un nickelate mieux adapté aux cuprates. Ils ont découvert que deux composés pouvaient faire l'affaire :l'oxyde de sodium néodyme et nickel (NaNd 2 NiO 4 ) et l'oxyde de sodium calcium et nickel (NaCa 2 NiO 3 ). « Si les nickelates proposés sont synthétisés, ce seront de véritables analogues au nickel des supraconducteurs cuprates, ", note Nomura.

"La prochaine étape est de clarifier la différence et la similitude entre les nickelates et les cuprates de manière plus systématique, et obtenez un aperçu plus approfondi du mécanisme supraconducteur dans les deux systèmes, " il ajoute.