Dans les supraconducteurs non conventionnels, les électrons présentent souvent une tendance à l'ordre spatial au sein de leur structure atomique.

Dans les supraconducteurs à haute température, cela se présente sous la forme de la structure électronique présentant une différence prononcée dans les directions liées au réseau le long desquelles les atomes sont ordonnés.

Au sein de ces matériaux, cette activité électronique brise à son tour la symétrie de rotation du cristal, une phase connue sous le nom de nématicité électronique. Les chercheurs ont cherché à mieux comprendre ce nouvel état électronique, qui coexiste avec la supraconductivité.

Ilija Zeljkovic, professeur agrégé de physique au Boston College, et une équipe internationale de chercheurs ont entrepris de mieux comprendre la signature à l'échelle atomique de la transition nématique électronique dans Fe(Te, Se) - une classe de matériaux connus sous le nom de supraconducteurs à base de chalcogénure de fer - dans une composition particulièrement formulée du matériau où la nématicité électronique peut changer spatialement le plus rapidement ou fluctuer dans le temps.

Un foyer de chercheurs essayant de comprendre les propriétés supraconductrices, les chalcogénures de fer sont définis par leur composition à partir de pourcentages variables de soufre, sélénium, et le tellerium. Pour leurs expériences, l'équipe a créé des échantillons composés contenant entre 35 et 50 pour cent de sélénium, trouvant finalement qu'une construction à 45 % de sélénium révélait une nématicité électronique spatialement inhomogène, ou ne pas se produire de manière égale à chaque point du matériau.

En utilisant la microscopie à effet tunnel (STM) à imagerie spectroscopique à basse température, l'équipe a découvert qu'au point de transition, juste avant que le matériau n'entre dans l'état nématique, la nématicité électronique apparaît pour la première fois dans des régions localisées à l'échelle nanométrique, Zeljkovic et ses collègues ont rapporté dans l'édition en ligne du journal Physique de la nature .

En outre, l'équipe a découvert que dans la même composition de sélénium à 45 %, de minuscules quantités de « contrainte » - un étirement du matériau dans une direction - d'une fraction de pour cent seulement peut conduire à l'apparition d'une nématicité locale, qui à son tour supprime la supraconductivité. Ce n'était pas le cas pour Fe(Te, Se) échantillons construits à une composition inférieure en Se de 35 %, qui montrent des effets négligeables sur la supraconductivité à partir des mêmes quantités de contrainte.

L'équipe a découvert que dans certaines compositions de Fe(Te, Se) les fluctuations nématiques peuvent être « épinglées » par un désordre structurel, qui entrave la supraconductivité dans des régions particulières du matériau, dit Zeljkovic, rejoint sur le projet par ses collègues du Boston College, le professeur de physique Ziqiang Wang et les étudiants diplômés He Zhao et Hong Li, ainsi que des chercheurs d'autres institutions aux États-Unis et en Chine.

"Il était surprenant que les régions nématiques ne semblent pas du tout supraconductrices, malgré le fait que la température de transition supraconductrice devrait être la plus élevée à la composition de 45 pour cent, " a déclaré Zeljkovic. "Cela pourrait indiquer des "fluctuations" nématiques, pensé pour améliorer la supraconductivité près de la transition nématique, devenant statique et réduisant ainsi localement les propriétés supraconductrices."

Zeljkovic a déclaré que les résultats indiquent qu'un point critique quantique caché - une référence recherchée à la transition entre différents états de la matière à zéro degré Kelvin - peut exister dans Fe (Te, Se). Il a déclaré que des recherches supplémentaires sur le matériel seraient nécessaires pour déterminer si tel est le cas.