La supraconductivité dans les systèmes bidimensionnels (2D) a attiré beaucoup d'attention ces dernières années, à la fois en raison de sa pertinence pour notre compréhension de la physique fondamentale et en raison des applications technologiques potentielles dans les dispositifs nanométriques tels que les interféromètres quantiques, transistors supraconducteurs et qubits supraconducteurs.

La température critique (Tc), ou la température à laquelle un matériau agit comme un supraconducteur, est une préoccupation essentielle. Pour la plupart des matériaux, il est compris entre le zéro absolu et 10 Kelvin, C'est, entre -273 Celsius et -263 Celsius, trop froid pour être d'une quelconque utilité pratique. L'accent a ensuite été mis sur la recherche de matériaux avec un Tc plus élevé.

Alors que les chercheurs ont découvert des matériaux qui agissent comme des supraconducteurs conventionnels à des températures pouvant atteindre 250 K sous une pression extrême, le record rapporté jusqu'à présent parmi les matériaux 2D se situe entre 7 et 12K en MoS 2 selon des preuves expérimentales et jusqu'à 20 K dans certains matériaux 2D dopés et dans des métaux 2D intrinsèques selon la modélisation théorique. Les prédictions théoriques ont placé une transition supraconductrice à une température supérieure à l'hydrogène liquide pour certains allotropes de bore 2D récemment réalisés, mais ces matériaux ne peuvent pas être obtenus par exfoliation à partir de parents 3-D liés à van der Waals et doivent être cultivés directement sur un substrat métallique. Il en résulte des interactions relativement fortes qui devraient supprimer la température critique supraconductrice jusqu'à seulement 2 K dans un échantillon supporté.

Parallèlement à cette recherche de Tc plus élevé, les chercheurs ont recherché des matériaux qui combinent des propriétés topologiques non triviales avec la supraconductivité. Cette recherche est motivée à la fois par une quête d'états exotiques de la matière ainsi que par une meilleure compréhension des interactions entre les états de bord topologiques et la phase supraconductrice.

Dans l'article "Prediction of phonon-mediated supraconductivity with high critic temperature in the two-dimensional topological semimetal W 2 N 3 " les auteurs Nicola Marzari, responsable du Laboratoire de Théorie et Simulation des Matériaux à l'EPFL, scientifique Davide Campi et Ph.D. l'étudiant Simran Kumari utilise les calculs des premiers principes pour identifier la supraconductivité intrinsèque dans la monocouche W 2 N 3 , un matériau qui a récemment été identifié comme étant facilement exfoliable à partir d'un W hexagonal en couches 2 N 3 en vrac par calculs, une théorie également étayée par des preuves expérimentales. Ils trouvent une température critique de 21 K, C'est, juste au-dessus de l'hydrogène liquide et d'une température de transition record pour un supraconducteur 2D conventionnel à médiation par phonons.

Ils examinent également les effets de la déformation biaxiale sur les couplages électron-phonon et prédisent une forte dépendance de la constante de couplage électron-phonon, faire 2D W 2 N 3 une plateforme très prometteuse pour étudier différents régimes d'interaction et tester les limites des théories actuelles de la supraconductivité. Finalement, ils soutiennent que le matériau pourrait être dopé de telle sorte que les états de bord hélicoïdaux actuellement inoccupés à 0,5 eV au-dessus du niveau de Fermi se remplissent, même si la supraconductivité persiste, mais avec une température de transition beaucoup plus basse, ce qui fait que W 2 N 3 un candidat viable pour étudier et exploiter la coexistence et les interactions possibles de l'état supraconducteur avec des états de bord topologiquement protégés.