Une découverte surprenante à TU Wien pourrait aider à résoudre l'énigme de la supraconductivité à haute température :un célèbre « métal étrange » s'est avéré être un supraconducteur.

A basse température, certains matériaux perdent leur résistance électrique et conduisent l'électricité sans aucune perte - ce phénomène de supraconductivité est connu depuis 1911, mais il n'est pas encore entièrement compris. Et c'est dommage, car trouver un matériau qui aurait encore des propriétés supraconductrices même à haute température déclencherait probablement une révolution technologique.

Une découverte faite à TU Wien (Vienne) pourrait être un pas important dans cette direction :une équipe de physiciens du solide a étudié un matériau inhabituel, un soi-disant « métal étrange » fait d'ytterbium, rhodium et silicium. Les métaux étranges montrent une relation inhabituelle entre la résistance électrique et la température. Dans le cas de ce matériau, cette corrélation peut être observée dans une plage de température particulièrement large, et le mécanisme sous-jacent est connu. Contrairement aux hypothèses précédentes, il s'avère maintenant que ce matériau est aussi un supraconducteur et que la supraconductivité est étroitement liée au comportement étrange du métal. Cela pourrait également être la clé pour comprendre la supraconductivité à haute température dans d'autres classes de matériaux.

Métal étrange :relation linéaire entre résistance et température

Dans les métaux ordinaires, la résistance électrique à basse température augmente avec le carré de la température. Dans certains supraconducteurs à haute température, cependant, la situation est complètement différente :à basse température, en dessous de la température de transition dite supraconductrice, ils ne présentent aucune résistance électrique, et au-dessus de cette température, la résistance augmente linéairement au lieu de quadratiquement avec la température. C'est ce qui définit les "métaux étranges".

« On a donc déjà suspecté ces dernières années que cette relation linéaire entre résistance et température est d'une grande importance pour la supraconductivité, " dit le professeur Silke Bühler-Paschen, qui dirige le domaine de recherche "Matériaux quantiques" à l'Institut de physique des solides de la TU Wien. "Mais malheureusement, jusqu'à présent, nous ne connaissions pas de matériau approprié pour étudier cela en profondeur. » Dans le cas des supraconducteurs à haute température, la relation linéaire entre la température et la résistance n'est généralement détectable que dans une plage de température relativement petite, et, par ailleurs, divers effets qui se produisent inévitablement à des températures plus élevées peuvent influencer cette relation de manière compliquée.

De nombreuses expériences ont déjà été réalisées avec un matériau exotique (YbRh2Si2) qui présente un comportement métallique étrange sur une plage de température extrêmement large, mais, étonnamment, aucune supraconductivité ne semblait émerger de cet état extrême de "métal étrange". "Des considérations théoriques ont déjà été avancées pour justifier pourquoi la supraconductivité n'est tout simplement pas possible ici, " dit Silke Bühler-Paschen. " Néanmoins, nous avons décidé de jeter un autre regard sur ce matériau."

Des températures record

A la TU Vienne, un laboratoire basse température particulièrement performant est disponible. « Là, nous pouvons étudier les matériaux dans des conditions plus extrêmes que d'autres groupes de recherche n'ont pu le faire jusqu'à présent, " explique Silke Bühler-Paschen. Premièrement, l'équipe a pu montrer que dans YbRh2Si2, la relation linéaire entre la résistance et la température existe dans une plage de température encore plus large qu'on ne le pensait auparavant, puis ils ont fait la découverte clé :à des températures extrêmement basses de seulement un millikelvin, l'étrange métal se transforme en supraconducteur.

"Cela rend notre matériau idéal pour découvrir de quelle manière le comportement étrange du métal conduit à la supraconductivité, " dit Silke Bühler-Paschen.

Paradoxalement, le fait même que le matériau ne devienne supraconducteur qu'à très basse température permet de l'utiliser pour étudier particulièrement bien la supraconductivité à haute température :« Les mécanismes qui conduisent à la supraconductivité sont particulièrement bien visibles à ces températures extrêmement basses car ils ne sont pas superposés par d'autres effets dans ce régime. Dans notre matériel, c'est la localisation de certains des électrons de conduction à un point critique quantique. Il y a des indications qu'un mécanisme similaire peut également être responsable du comportement des supraconducteurs à haute température tels que les fameux cuprates, " dit Silke Bühler-Paschen.