Les supraconducteurs non conventionnels contiennent un certain nombre de phases exotiques de la matière qui sont censées jouer un rôle, pour le meilleur ou pour le pire, dans leur capacité à conduire l'électricité avec une efficacité de 100 % à des températures beaucoup plus élevées que ce que les scientifiques avaient pensé possible, bien qu'elles soient encore loin des températures qui permettraient leur large déploiement dans des lignes électriques parfaitement efficaces, trains maglev et ainsi de suite.

Aujourd'hui, les scientifiques du laboratoire national des accélérateurs SLAC du ministère de l'Énergie ont entrevu la signature de l'une de ces phases, connu sous le nom d'ondes à densité de paires ou PDW, et a confirmé qu'il est entrelacé avec une autre phase connue sous le nom de bandes d'onde de densité de charge (CDW) - des motifs ondulatoires de densité électronique supérieure et inférieure dans le matériau.

L'observation et la compréhension du PDW et de ses corrélations avec d'autres phases peuvent être essentielles pour comprendre comment la supraconductivité émerge dans ces matériaux, permettant aux électrons de s'apparier et de voyager sans résistance, dit Jun-Sik Lee, un scientifique du SLAC qui a dirigé la recherche à la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL) du laboratoire.

Même des preuves indirectes de la phase PDW entrelacées avec des bandes de charge, il a dit, est une étape importante sur la longue route vers la compréhension du mécanisme derrière la supraconductivité non conventionnelle, qui a échappé aux scientifiques pendant plus de 30 ans de recherche.

Lee a ajouté que la méthode utilisée par son équipe pour faire cette observation, qui impliquait d'augmenter considérablement la sensibilité d'une technique de rayons X standard connue sous le nom de diffusion des rayons X mous résonants (RSXS) afin qu'elle puisse voir les signaux extrêmement faibles émis par ces phénomènes, a le potentiel d'observer directement à la fois la signature PDW et ses corrélations avec d'autres phases dans des expériences futures. C'est ce sur quoi ils prévoient de travailler ensuite.

Les scientifiques ont décrit leurs découvertes dans Lettres d'examen physique .

Démêler les secrets des supraconducteurs

L'existence de la phase PDW dans les supraconducteurs à haute température a été proposée il y a plus d'une décennie et c'est devenu un domaine de recherche passionnant, avec des théoriciens développant des modèles pour expliquer son fonctionnement et des expérimentateurs le recherchant dans une variété de matériaux.

Dans cette étude, les chercheurs sont allés le chercher dans un oxyde de cuivre, ou cuprate, matériau appelé LSCFO pour les éléments qu'il contient :le lanthane, strontium, le cuivre, fer et oxygène. On pense qu'il héberge deux autres phases qui peuvent s'entrelacer avec le PDW :les bandes d'ondes de densité de charge et les bandes d'ondes de densité de spin.

La nature et le comportement des bandes de charge et de spin ont été explorés dans un certain nombre d'études, mais il n'y avait eu que quelques aperçus indirects de PDW - un peu comme l'identification d'un animal à partir de ses traces - et aucun n'avait été fait avec des techniques de diffusion des rayons X. Parce que la diffusion des rayons X révèle le comportement d'un échantillon entier à la fois, on pense que c'est le moyen le plus prometteur de clarifier si PDW existe et comment il se rapporte à d'autres phases clés dans les cuprates, dit Lee.

Au cours des dernières années, l'équipe SSRL a travaillé sur l'augmentation de la sensibilité du RSXS afin qu'il puisse capturer les signaux qu'ils recherchaient.

Le chercheur postdoctoral Hai Huang et l'ingénieur du SLAC Sang-Jun Lee ont utilisé la technique améliorée dans cette étude. Ils ont diffusé des rayons X hors du LSCFO et dans un détecteur, formant des motifs qui révélaient ce qui se passait à l'intérieur du matériau. Alors qu'ils abaissaient la température du matériau vers sa gamme supraconductrice, des bandes de rotation sont apparues et entrelacées pour former des bandes de charge, et ces bandes de charge ont ensuite été associées à l'émergence de fluctuations bidimensionnelles qui sont la marque de fabrique du PDW.

Les chercheurs ont déclaré que ces résultats démontrent non seulement la valeur de la nouvelle approche RSXS, mais également soutenir la possibilité que le PDW soit présent non seulement dans ce matériel, mais dans tous les cuprates supraconducteurs.