Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont créé un nouveau supraconducteur doté d'une structure cristalline chirale en mélangeant deux matériaux, l'un avec une supraconductivité mais sans chiralité, un autre avec une chiralité mais sans supraconductivité.
Le nouveau composé platine-iridium-zirconium passe à un supraconducteur massif en dessous de 2,2 K et il a été observé qu'il avait une structure cristalline chirale par diffraction des rayons X. Leur nouvelle approche de solution solide promet d'accélérer la découverte et la compréhension de nouveaux matériaux supraconducteurs exotiques.
Les scientifiques qui étudient la supraconductivité ont pour mission de comprendre comment la nature exotique des matériaux supraconducteurs découle de leur structure, et comment nous pourrions contrôler la structure pour obtenir les propriétés souhaitées.
Parmi les nombreux aspects de la structure, un développement récent intéressant est la question de la chiralité. De nombreuses structures ont une « impartialité », c’est-à-dire qu’elles ne se ressemblent pas dans un miroir. Un effet de la chiralité dans les supraconducteurs est de déclencher ce qu'on appelle le couplage asymétrique spin-orbite (ASOC), un effet qui peut rendre les supraconducteurs plus robustes à une exposition élevée à un champ magnétique.
Cependant, pour comprendre la chiralité plus en profondeur, les scientifiques ont besoin d’étudier davantage de supraconducteurs dotés d’une structure chirale. La voie habituelle consiste à rechercher des composés chiraux, à vérifier s'ils sont supraconducteurs ou non, à rincer et à répéter :c'est très inefficace.
C'est pourquoi une équipe de l'Université métropolitaine de Tokyo dirigée par le professeur agrégé Yoshikazu Mizuguchi a introduit une approche entièrement nouvelle. Au lieu de parcourir des listes de composés, ils ont mélangé deux composés aux propriétés physiques connues, un composé platine-zirconium avec une supraconductivité mais sans chiralité, et un composé iridium-zirconium avec une structure chirale, mais sans rapport de supraconductivité. Les travaux sont publiés dans le Journal of the American Chemical Society .
En combinant des éléments dans un rapport correspondant à une certaine proportion de chaque composé, ils ont pu « mélanger et assortir » efficacement les propriétés physiques, créant ainsi un nouveau matériau possédant à la fois une structure cristalline chirale et une supraconductivité.
L’équipe a d’abord étudié différents rapports de mélange, constatant qu’à environ 80 % d’inclusion d’iridium, la proportion de structure cristalline chirale (ici, la structure P6122 du composé chiral iridium-zirconium) augmente rapidement à température ambiante. En refroidissant les échantillons à basse température, ils ont pu confirmer une supraconductivité jusqu'à environ 85 %. Cela a laissé une petite fenêtre où les deux propriétés peuvent se manifester.
En examinant leur mélange à 80 %, ils ont refroidi l’échantillon jusqu’à l’endroit où la supraconductivité était observée, constatant que la proportion de structure chirale augmente considérablement. De toute évidence, leur nouveau composé est un supraconducteur à structure chirale.
L’équipe a également confirmé que la supraconductivité apparaît dans la masse et non à la surface. Leurs travaux démontrent la puissance d'une approche « mix and match » pour créer de nouveaux supraconducteurs exotiques, un coup de pouce bienvenu et spectaculaire dans la recherche de plus de matériaux et d'une meilleure compréhension.
Plus d'informations : Yuto Watanabe et al, Structure cristalline chirale à basse température et supraconductivité dans (Pt0.2Ir0.8)3Zr5, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI : 10.1021/jacs.3c10797
Fourni par l'Université métropolitaine de Tokyo
