Une équipe de scientifiques du laboratoire national Ames du ministère américain de l'Énergie et du laboratoire national des accélérateurs du SLAC a fourni de nouvelles données et analyses sur les nickelates à couches infinies. Ce matériau est une classe de supraconducteurs non conventionnels récemment découverte. Les résultats fournissent de nouvelles informations sur le fonctionnement de ces supraconducteurs et sur leurs différences par rapport aux autres supraconducteurs.
L'article "Evidence for d-wave supraconductivity of infinite-layer nickelates from low-energy electrodynamics" a été publié dans Nature Materials. .
On parle de supraconductivité lorsqu'un matériau conduit l'électricité sans perte d'énergie en dessous d'une température critique. Les supraconducteurs sont utilisés dans des technologies telles que les appareils IRM et les ordinateurs quantiques.
Il existe deux types de supraconducteurs, conventionnels et non conventionnels. La principale différence entre les deux types réside dans la température critique. Les supraconducteurs conventionnels fonctionnent généralement à des températures ultra-basses. De nombreux supraconducteurs non conventionnels fonctionnent à des températures plus élevées (bien que toujours très basses). Les chercheurs recherchent des températures plus élevées pour ouvrir de nouvelles utilisations aux supraconducteurs, mais aussi pour révéler les mécanismes à l'origine de ces comportements non conventionnels.
Selon Jigang Wang, scientifique à Ames Lab, les supraconducteurs sont également différents au niveau électronique. Lorsqu’un supraconducteur atteint sa température critique, des paires d’électrons appelées paires de Cooper se forment. Ces paires de Cooper créent un espace supraconducteur. Cet écart représente l'énergie minimale nécessaire pour faire bouger les électrons individuellement.
Dans les supraconducteurs conventionnels, l'écart est de la même taille dans toutes les directions (par exemple, dans la supraconductivité en onde S). Cependant, dans les supraconducteurs non conventionnels, la taille de l'espace peut être différente en fonction de la direction dans laquelle les électrons circulent (par exemple, dans la supraconductivité à ondes D).
"Les nickelates à couches infinies sont l'un des supraconducteurs non conventionnels les plus récents et potentiellement révolutionnaires", a déclaré Bing Cheng, chercheur postdoctoral au laboratoire de Wang. Ce matériau a été découvert à l'origine par Harold Hwang du SLAC, qui fait également partie de l'équipe de recherche.
Les nickelates à couches infinies sont extrêmement minces et complexes et existent sous forme de films sur d'autres matériaux. Ces propriétés rendent difficile l'utilisation des outils conventionnels pour étudier les propriétés fondamentales de ces supraconducteurs.
Pour relever ce défi, l'équipe de Wang au Ames Lab a utilisé son expertise en spectroscopie des ondes térahertz pour examiner les nickelates. Grâce à ces outils, ils ont mesuré la taille des espaces et découvert des fluctuations supraconductrices rapides lorsque le matériau est proche ou supérieur à sa température critique.
Leurs résultats ont confirmé que le matériau possède une supraconductivité d'onde D, similaire à certains supraconducteurs non conventionnels identifiés par Zhi-Xun Shen, membre de l'équipe de l'Université de Stanford. Shen a consacré plus de trois décennies à percer les secrets de la supraconductivité des ondes D.
Selon Wang, comprendre la nature de la supraconductivité non conventionnelle reste aujourd’hui l’un des plus grands défis de la physique de la matière condensée et des matériaux. "Il y a encore des débats sur ce qui colle les électrons dans les paires de Cooper", a-t-il déclaré. Cependant, comprendre ces nickelates pourrait offrir une solution à cette énigme de longue date.
Plus d'informations : Bing Cheng et al, Preuves de la supraconductivité à ondes D des nickelates à couche infinie provenant de l'électrodynamique à basse énergie, Nature Materials (2024). DOI :10.1038/s41563-023-01766-z
Informations sur le journal : Matériaux naturels
Fourni par le Laboratoire national Ames
