Une image capturée par laser-PEEM montrant la disposition des électrons dans un échantillon de matériau IBSC. Dans cette technique, les images sont réalisées à partir d'une lumière laser éclairant l'échantillon dans deux directions différentes. Le dichroïsme linéaire (LD) fait référence à la différence entre les images réalisées à partir de ces deux directions d'éclairage; il vous permet de voir des détails que vous ne pourriez pas voir autrement, comme dans ce cas la distribution des électrons. Crédit :Shin et al.
En étudiant le comportement des électrons dans les matériaux supraconducteurs à base de fer, des chercheurs de l'université de Tokyo ont observé un étrange signal lié à la façon dont les électrons sont disposés. Le signal implique un nouvel arrangement d'électrons que les chercheurs appellent une onde de nématicité, et ils espèrent collaborer avec des physiciens théoriciens pour mieux le comprendre. L'onde de nématicité pourrait aider les chercheurs à comprendre la façon dont les électrons interagissent les uns avec les autres dans les supraconducteurs.
Un rêve de longue date des physiciens de l'état solide est de comprendre pleinement le phénomène de la supraconductivité - essentiellement la conduction électronique sans la résistance qui crée de la chaleur et draine l'énergie. Il inaugurerait un tout nouveau monde d'appareils incroyablement efficaces ou puissants et est déjà utilisé sur le train à grande vitesse expérimental à lévitation magnétique du Japon. Mais il y a beaucoup à explorer dans ce sujet complexe, et il surprend souvent les chercheurs avec des résultats et des observations inattendus.
Le professeur Shik Shin de l'Institute for Solid State Physics de l'Université de Tokyo et son équipe étudient le comportement des électrons dans les matériaux supraconducteurs à base de fer, ou IBSC. Ces matériaux sont très prometteurs car ils pourraient fonctionner à des températures plus élevées que certains autres matériaux supraconducteurs, ce qui est une préoccupation importante. Ils utilisent également des composants de matériaux moins exotiques et peuvent donc être plus faciles et moins chers à travailler. Pour activer la capacité supraconductrice d'un échantillon, le matériau doit être refroidi à plusieurs centaines de degrés au-dessous de zéro. Et des choses intéressantes se produisent pendant ce processus de refroidissement.
Un schéma de la configuration expérimentale mise au point par l'équipe. Crédit :Shin et al.
« Alors que les IBSC se refroidissent à un certain niveau, ils expriment un état que nous appelons la nématicité électronique, " dit Shin. " C'est là que le réseau cristallin du matériau et les électrons qu'il contient semblent être disposés différemment selon l'angle sous lequel vous les regardez, autrement connu sous le nom d'anisotropie. Nous nous attendons à ce que la façon dont les électrons sont disposés soit étroitement couplée à la façon dont le réseau cristallin environnant est disposé. Mais notre observation récente montre quelque chose de très différent et en fait assez surprenant."
Shin et son équipe ont utilisé une technique spéciale développée par leur groupe appelée laser-PEEM (microscopie électronique à photoémission) pour visualiser leur échantillon IBSC à l'échelle microscopique. Ils s'attendaient à voir un motif familier qui se répète tous les quelques nanomètres (milliards de mètre). Et bien sûr, le réseau cristallin montrait ce motif. Mais à leur grande surprise, l'équipe a découvert que le motif des électrons se répétait plutôt tous les quelques centaines de nanomètres.
Cette disparité entre l'onde de nématicité électronique et la structure cristalline de l'IBSC était inattendue, ses implications sont donc encore à l'étude. Mais le résultat pourrait ouvrir la porte à des explorations théoriques et expérimentales sur quelque chose de fondamental au phénomène de la supraconductivité, et c'est ainsi que les électrons forment des paires à basse température. La connaissance de ce processus pourrait être cruciale pour le développement de la supraconductivité à haute température. Donc si les ondes de nématicité sont liées, il est important de savoir comment.
"Prochain, J'espère que nous pourrons travailler avec des physiciens théoriciens pour approfondir notre compréhension des ondes de nématicité, " a déclaré Shin. "Nous souhaitons également utiliser le laser-PEEM pour étudier d'autres matériaux connexes tels que les oxydes métalliques comme l'oxyde de cuivre. Il n'est pas toujours évident de savoir où se trouvent les applications, mais travailler sur des problèmes de physique fondamentale me fascine vraiment."
L'étude est publiée dans la revue Science .
