Jusqu'à maintenant, l'histoire des matériaux supraconducteurs a été une histoire de deux types :l'onde s et l'onde d.

Maintenant, Les chercheurs de Cornell, dirigés par Brad Ramshaw, le professeur adjoint Dick &Dale Reis Johnson au Collège des arts et des sciences - ont découvert un troisième type possible :l'onde g.

Leur papier, "Preuves thermodynamiques pour un paramètre d'ordre supraconducteur à deux composants dans Sr 2 RuO 4 , " publié le 21 septembre dans Physique de la nature . L'auteur principal est le doctorant Sayak Ghosh, MME. '19.

Les électrons dans les supraconducteurs se déplacent ensemble dans ce qu'on appelle des paires de Cooper. Cet " appariement " confère aux supraconducteurs leur propriété la plus célèbre - l'absence de résistance électrique - car, afin de générer une résistance, les paires de Cooper doivent être séparées, et cela demande de l'énergie.

Dans les supraconducteurs à onde s, généralement des matériaux conventionnels, comme le plomb, étain et mercure - les paires de Cooper sont constituées d'un électron pointant vers le haut et un pointant vers le bas, se déplaçant de front l'un vers l'autre, sans moment angulaire net. Au cours des dernières décennies, une nouvelle classe de matériaux exotiques a présenté ce qu'on appelle la supraconductivité à ondes d, où les paires de Cooper ont deux quanta de moment cinétique.

Des physiciens ont théorisé l'existence d'un troisième type de supraconducteur entre ces deux états dits « singules » :un supraconducteur à onde p, avec un quanta de moment angulaire et les électrons s'appariant avec des spins parallèles plutôt qu'antiparallèles. Ce supraconducteur spin-triplet serait une percée majeure pour l'informatique quantique car il peut être utilisé pour créer des fermions de Majorana, une particule unique qui est sa propre antiparticule.

Depuis plus de 20 ans, l'un des principaux candidats pour un supraconducteur à onde p a été le ruthénate de strontium (Sr2RuO4), bien que des recherches récentes aient commencé à creuser des trous dans l'idée.

Ramshaw et son équipe ont décidé de déterminer une fois pour toutes si le ruthénate de strontium est un supraconducteur d'onde p très recherché. En utilisant la spectroscopie ultrasonore résonante à haute résolution, ils ont découvert que le matériau est potentiellement un tout nouveau type de supraconducteur :l'onde g.

"Cette expérience montre vraiment la possibilité de ce nouveau type de supraconducteur auquel nous n'avions jamais pensé auparavant, " a déclaré Ramshaw. "Cela ouvre vraiment l'espace des possibilités pour ce qu'un supraconducteur peut être et comment il peut se manifester. Si jamais nous voulons maîtriser le contrôle des supraconducteurs et les utiliser dans la technologie avec le genre de contrôle affiné que nous avons avec les semi-conducteurs, nous voulons vraiment savoir comment ils fonctionnent et quelles variétés et saveurs ils viennent."

Comme pour les projets précédents, Ramshaw et Ghosh ont utilisé la spectroscopie ultrasonore résonante pour étudier les propriétés de symétrie de la supraconductivité dans un cristal de ruthénate de strontium qui a été cultivé et découpé avec précision par des collaborateurs de l'Institut Max Planck de chimie-physique des solides en Allemagne.

Cependant, contrairement aux tentatives précédentes, Ramshaw et Ghosh ont rencontré un problème important en essayant de mener l'expérience.

"Le refroidissement des ultrasons résonnants à 1 kelvin (moins 457,87 degrés Fahrenheit) est difficile, et nous avons dû construire un tout nouvel appareil pour y parvenir, " dit Gosh.

Avec leur nouvelle configuration, l'équipe Cornell a mesuré la réponse des constantes élastiques du cristal - essentiellement la vitesse du son dans le matériau - à une variété d'ondes sonores alors que le matériau se refroidissait à travers sa transition supraconductrice à 1,4 kelvin (moins 457 degrés Fahrenheit).

« Ce sont de loin les données de spectroscopie ultrasonore résonante de la plus haute précision jamais prises à ces basses températures, ", a déclaré Ramshaw.

Sur la base des données, ils ont déterminé que le ruthénate de strontium est ce qu'on appelle un supraconducteur à deux composants, ce qui signifie que la façon dont les électrons se lient est si complexe, il ne peut pas être décrit par un seul nombre; il faut aussi une direction.

Des études antérieures avaient utilisé la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) pour réduire les possibilités de quel type de matériau d'onde le ruthénate de strontium pourrait être, éliminer efficacement l'onde p en option.

En déterminant que le matériau était à deux composants, L'équipe de Ramshaw a non seulement confirmé ces conclusions, mais a également montré que le ruthénate de strontium n'était pas un supraconducteur conventionnel à ondes s ou d, Soit.

"Les ultrasons résonants vous permettent vraiment d'entrer et même si vous ne pouvez pas identifier tous les détails microscopiques, vous pouvez faire des déclarations générales sur celles qui sont exclues, " dit Ramshaw. " Alors les seules choses avec lesquelles les expériences sont cohérentes sont celles-ci très, des choses très étranges que personne n'a jamais vues auparavant. Dont l'un est l'onde g, ce qui signifie un moment angulaire 4. Personne n'a jamais pensé qu'il y aurait un supraconducteur à onde g."

Désormais, les chercheurs peuvent utiliser la technique pour examiner d'autres matériaux afin de déterminer s'ils sont des candidats potentiels à l'onde p.

Cependant, le travail sur le ruthénate de strontium n'est pas terminé.

"Ce matériau est extrêmement bien étudié dans beaucoup de contextes différents, pas seulement pour sa supraconductivité, " a déclaré Ramshaw. "Nous comprenons de quel type de métal il s'agit, pourquoi c'est un métal, comment il se comporte lorsque vous changez de température, comment il se comporte lorsque vous modifiez le champ magnétique. Vous devriez donc être capable de construire une théorie expliquant pourquoi il devient un supraconducteur mieux ici que n'importe où ailleurs."