Des physiciens de Leyde et des collègues internationaux de Genève et de Barcelone ont confirmé le mécanisme qui rend le graphène à angle magique supraconducteur. Il s'agit d'une étape clé dans l'élucidation de la supraconductivité à haute température, un mystère vieux de plusieurs décennies au cœur de la physique, qui peuvent conduire à des ruptures technologiques.

Les matériaux à angle magique constituent une découverte récente surprenante en physique. "Tu prends une feuille de graphène, " dit Sense Jan van der Molen, se référant au matériau bidimensionnel constitué d'atomes de carbone dans un motif hexagonal, "puis vous mettez une autre couche dessus et tordez cette dernière d'1 degré. De cette façon, vous obtenez soudainement un supraconducteur."

A une température de 1,7 Kelvin, le graphène bicouche torsadé (tbg) conduit l'électricité sans résistance. Maintenant, Van der Molen, son collègue de Leyde Milan Allan et ses collègues internationaux ont finalement confirmé le mécanisme derrière ces nouveaux supraconducteurs fascinants.

Dans la revue Physique de la nature , ils montrent que la légère torsion du graphène ralentit suffisamment les électrons pour se détecter les uns les autres. Cela leur permet de former les paires d'électrons nécessaires à la supraconductivité.

Motifs moirés

Comment une si petite torsion peut-elle faire une si grande différence ? Ceci est lié aux motifs moirés, un phénomène vu dans le monde de tous les jours. Par exemple, quand deux grillages à poules se font face, on observe des taches sombres et lumineuses supplémentaires, causé par le chevauchement variable entre les motifs. De tels motifs moirés (du moirer français, se froisser) apparaissent généralement là où les structures périodiques se chevauchent imparfaitement.

Le graphène bicouche torsadé est justement une telle situation :l'interaction entre les deux réseaux de carbone hexagonaux, légèrement tordu, fait émerger un motif moiré hexagonal beaucoup plus grand. En créant cette nouvelle périodicité, l'interaction entre les électrons change, produisant ces électrons « lents ». Dans de nombreux articles, des signes clairs de la supraconductivité ont été mesurés, mais l'étape intermédiaire des électrons lents a été beaucoup plus difficile à cerner.

A la recherche de patchs

"Vous devez avoir de bons échantillons, " Van der Molen explique le succès. Heureusement, les co-auteurs de Barcelone sont connus pour faire des échantillons de haute qualité. "Prochain, vous devez savoir exactement où chercher." Même dans un bon échantillon, l'angle de torsion correct n'est obtenu que dans de petites parcelles de graphène à double couche.

Le microscope électronique à basse énergie (LEEM) de Van der Molen et le microscope à effet tunnel (STM) d'Allan ont aidé à trouver exactement ces patchs.

Puis, un groupe genevois a utilisé des nano-ARPES, une technique d'imagerie, pour démontrer le ralentissement des électrons. Allan :« De nombreux groupes ont essayé de le faire. Un seul autre groupe a réussi, et ils ont une publication parallèle."

Détecteurs hypersensibles

Élucider puis optimiser ce type de supraconductivité pourrait également conduire à de nombreuses applications technologiques, allant du transport d'énergie sans perte aux détecteurs de lumière hypersensibles.

En réalité, Michiel de Dood, également à Leyde, est aujourd'hui le pionnier de ces détecteurs. Van der Molen :« C'est un travail fondamental, mais nous gardons aussi les yeux ouverts pour les candidatures."