Les diamants sont fermement ancrés dans notre lexique. Leurs nombreuses propriétés servent souvent de superlatifs de qualité, clarté et robustesse. Outre la popularité de ce matériau rare à usage ornemental et décoratif, ces pierres précieuses sont également très appréciées dans l'industrie où elles sont utilisées pour tailler et polir d'autres matériaux durs et construire des détecteurs de rayonnement.

Il y a plus d'une décennie, une nouvelle propriété a été découverte dans les diamants lorsque de fortes concentrations de bore y sont introduites :la supraconductivité. La supraconductivité se produit lorsque deux électrons de spin opposé forment une paire (appelée paire de Cooper), résultant en une résistance électrique du matériau nulle. Cela signifie qu'un grand supercourant peut circuler dans le matériau, apportant avec elle le potentiel d'applications technologiques avancées. Encore, peu de travaux ont été réalisés depuis pour étudier et caractériser la nature de la supraconductivité d'un diamant et donc ses applications potentielles.

Nouvelle recherche dirigée par le professeur Somnath Bhattacharyya au Nano-Scale Transport Physics Laboratory (NSTPL) de la School of Physics de l'Université du Witwatersrand à Johannesburg, Afrique du Sud, détaille le phénomène de ce qu'on appelle la « supraconductivité triplet » dans le diamant. La supraconductivité triple se produit lorsque les électrons se déplacent dans un état de spin composite plutôt que comme une seule paire. C'est extrêmement rare, forme encore efficace de supraconductivité qui jusqu'à présent n'était connue que dans un ou deux autres matériaux, et seulement théoriquement dans les diamants.

"Dans un matériau supraconducteur conventionnel comme l'aluminium, la supraconductivité est détruite par les champs magnétiques et les impuretés magnétiques, cependant, la supraconductivité triplet dans un diamant peut exister même lorsqu'elle est combinée avec des matériaux magnétiques. Cela conduit à un fonctionnement plus efficace et multifonctionnel du matériau, " explique Bhattacharyya.

Le travail de l'équipe a récemment été publié dans un article du Nouveau Journal de Physique , intitulé « Effets du couplage Rashba-spin-orbite sur des films de diamant nanocristallins supraconducteurs dopés au bore :preuve de la supraconductivité triplet interfaciale ». Cette recherche a été réalisée en collaboration avec l'Université d'Oxford (Royaume-Uni) et Diamond Light Source (Royaume-Uni). Grâce à ces collaborations, un bel arrangement atomique de cristaux de diamant et d'interfaces jamais vus auparavant a pu être visualisé, soutenant les premières affirmations de la supraconductivité « triplet ».

La preuve pratique de la supraconductivité triplet dans les diamants est venue avec beaucoup d'enthousiasme pour Bhattacharyya et son équipe. "On travaillait même le jour de Noël, nous étions si excités, " dit Davie Mtsuko.

"C'est quelque chose qui n'a jamais été revendiqué auparavant dans le diamant, " ajoute Christopher Coleman. Mtsuko et Coleman sont tous deux co-auteurs de l'article.

Malgré la réputation des diamants comme une ressource très rare et chère, ils peuvent être fabriqués en laboratoire à l'aide d'un équipement spécialisé appelé chambre de dépôt en phase vapeur. Le Wits NSTPL a développé sa propre chambre de dépôt au plasma qui lui permet de faire pousser des diamants d'une qualité supérieure à la normale, ce qui les rend idéaux pour ce type de recherche avancée.

Cette découverte élargit les utilisations potentielles du diamant, qui est déjà bien considéré comme un matériau quantique. "Toute la technologie conventionnelle est basée sur des semi-conducteurs associés à une charge électronique. Jusqu'à présent, nous avons une bonne compréhension de la façon dont ils interagissent, et comment les contrôler. Mais lorsque nous contrôlons les états quantiques tels que la supraconductivité et l'intrication, il y a beaucoup plus de physique sur la charge et le spin des électrons, et cela vient aussi avec de nouvelles propriétés, " dit Bhattacharyya. " Avec la nouvelle vague de matériaux supraconducteurs tels que le diamant, la technologie traditionnelle du silicium peut être remplacée par des solutions rentables et à faible consommation d'énergie."

L'induction de la supraconductivité triplet dans le diamant est importante pour plus que ses applications potentielles. Il parle de notre compréhension fondamentale de la physique. "Jusqu'à présent, la supraconductivité triplet existe principalement en théorie, et notre étude nous donne l'occasion de tester ces modèles de manière pratique, " dit Bhattacharyya.