Les physiciens du NUS ont développé une méthode pour induire la transition d'un nickelate de terre rare de sa forme pérovskite native à des structures en couches infinies. Cela leur a permis de construire un diagramme de phase complet de ce supraconducteur nickelé.

Un supraconducteur est un système matériel qui peut conduire un courant électrique avec une résistance nulle lorsqu'il devient plus froid qu'une "température critique, " connue sous le nom de température de transition supraconductrice T c . Les supraconducteurs conventionnels ont généralement un T c inférieur à la limite d'environ 30 K (268 degrés au-dessous de la température ambiante) prévue sur la base de la théorie de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS). Cela limite l'utilisation de dispositifs supraconducteurs dans notre vie quotidienne. Depuis des décennies, les chercheurs ont essayé de pousser ce T c supérieur en synthétisant de nouveaux matériaux. Il est également important de comprendre le mécanisme physique. La supraconductivité dite à haute température dans les composés contenant des couches d'oxyde de cuivre (appelées cuprates), avec T c au-dessus de la limite BCS et ensuite au-dessus du point d'ébullition de l'azote liquide (77 K), a été découvert à la fin des années 80. Depuis lors, le T c stagne et bien que des résultats de recherche importants aient été obtenus, l'origine et le mécanisme du high-T c la supraconductivité est encore un mystère. Une nouvelle famille supraconductrice avec une structure cristalline et électronique similaire à celle du cuprate est l'une des voies dans la recherche d'un T potentiellement plus élevé c matériaux et de comprendre le mécanisme sous-jacent de la haute T c supraconductivité.

Récemment, des chercheurs ont découvert la présence de supraconductivité dans des composés de nickelate de terres rares, un analogue du cuprate. L'étude de cet analogue de cuprate pourrait potentiellement conduire à une meilleure compréhension de la supraconductivité à haute température, et la possibilité de prévoir, concevoir et synthétiser un T supérieur c supraconducteurs. Cependant, il est devenu évident que les supraconducteurs au nickel sont plus difficiles à produire qu'on ne le pensait initialement. Neuf mois après cette découverte, une équipe de recherche dirigée par le Pr ARIANDO du Département de Physique, NOUS, est devenu le premier groupe à reproduire ce résultat. Plus important, ils ont développé avec succès le diagramme de phase du supraconducteur nickelate.

Pour y parvenir, Le groupe du Pr ARIANDO a développé une technique de réduction topotactique pour transformer des couches minces de nickelate de terre rare (NdNiO 2 ) de sa forme cristalline pérovskite habituelle à une nouvelle forme structurelle dopée, connues sous le nom de structures à couches infinies. Dans ce matériau, la supraconductivité apparaît lorsque le composé de nickelate est dopé avec des impuretés de strontium (Sr) et qu'il existe sous sa forme structurelle en couche infinie. La technique a permis à l'équipe de recherche d'étudier la supraconductivité en fonction du dopage. Ils ont construit le diagramme de phase de ce système matériel, et trouvé la présence d'une région de dôme supraconductrice (dopage dépendant T c ) et en régime faiblement isolant par le côté du dôme (Voir Figure).

Dans leurs expériences, les chercheurs ont utilisé une technique de dépôt par laser pulsé pour synthétiser du nickelate Nd dopé au Sr 1 fois Sr X NiO 3 films minces sur titanate de strontium (SrTiO 3 ) substrats. Le film mince tel que cultivé, avec un réactif, hydrure de calcium (CaH 2 ), a été placé dans une chambre à vide pour induire une réaction de réduction. Pendant le processus de réduction, l'atome d'oxygène apical dans le NiO 6 les octaèdres sont supprimés. Cela provoque la pérovskite Nd 1 fois Sr X NiO 3 transformer en couche infinie Nd 1 fois Sr X NiO 2 . Les chercheurs ont appliqué différents niveaux de concentrations de dopage au Sr et ont découvert que la supraconductivité apparaît dans la couche infinie de Nd. 1 fois Sr X NiO 2 lorsque la composition en Sr est comprise entre x =0,135 et 0,235. Cela forme une région supraconductrice en forme de dôme. Plus intéressant, ils ont découvert qu'en plus de la région supraconductrice, un comportement faiblement isolant peut être observé à basse température. Ce comportement unique est différent des autres c des systèmes matériels tels que les cuprates.

Le professeur Ariando a dit :"En introduisant des impuretés appropriées dans le composé parent isolant, le système de matériau nickelé peut présenter un T élevé c supraconductivité. Nos résultats peuvent fournir des informations supplémentaires pour mieux comprendre les propriétés dépendantes du dopage dans ces systèmes de matériaux et pour rechercher d'autres matériaux supraconducteurs dans la « famille du nickel ».