Les physiciens de RIKEN ont trouvé une plateforme idéale pour explorer le comportement des électrons dans un matériau à l'approche de la supraconductivité. Cela pourrait aider à développer de nouveaux supraconducteurs fonctionnant à des températures plus adaptées que celles existantes. L'étude est publiée dans la revue Physical Review B .
Les supraconducteurs transportent le courant électrique sans aucune résistance et sont utilisés par exemple dans de puissants électro-aimants et capteurs magnétiques. Mais la supraconductivité ne se produit généralement qu’à basse température, c’est pourquoi les chercheurs recherchent des supraconducteurs à haute température qui pourraient ouvrir une gamme d’applications beaucoup plus large. Le but ultime est de trouver des matériaux supraconducteurs à température ambiante.
La supraconductivité dans les supraconducteurs dits conventionnels se produit lorsque les électrons s'apparient. Cet appariement empêche les électrons de se disperser lorsqu'ils traversent un matériau.
Certains matériaux, lorsqu'ils approchent de cet état supraconducteur, entrent dans une « phase nématique » dans laquelle les électrons s'alignent en bandes. "La nématicité est considérée comme étroitement liée à la supraconductivité", explique Yuya Kubota du centre RIKEN SPring-8. "Cependant, le lien précis entre nématicité et supraconductivité n'est pas entièrement compris."
Pour explorer cette relation, Kubota et ses collègues se sont tournés vers un matériau appelé séléniure de fer, qui n'est supraconducteur qu'à la très basse température de –265°C, soit seulement 8° au-dessus du zéro absolu. Mais la supraconductivité à des températures plus élevées peut être obtenue en appliquant une pression ou en modifiant la composition chimique du matériau, ouvrant potentiellement la voie à des stratégies plus générales pour créer des supraconducteurs à haute température.
Le séléniure de fer entre dans sa phase nématique vers –183°C. Au cours de cette phase, la disposition des atomes dans le réseau cristallin du matériau change et certains électrons peuvent adopter différents états énergétiques. Les chercheurs débattent depuis longtemps de l'importance relative de ces facteurs structurels et électroniques dans la conduite de la nématicité.
L'équipe de Kubota a désormais trouvé une réponse. Ils ont étudié un film ultra-fin de séléniure de fer sur une base d'aluminate de lanthane, qui supprimait le changement structurel lors de la transition vers la phase nématique.
Les chercheurs ont repéré toutes les caractéristiques électroniques d’une transition vers la phase nématique, même si la structure du réseau est restée la même. Cela suggère que la phase nématique provient uniquement de changements dans les états énergétiques de certains électrons.
Les chercheurs prévoient que leur matériau en couche mince leur permettra d'explorer le comportement des électrons dans la phase nématique, sans le facteur de complication lié aux altérations structurelles qui l'accompagnent. "Cela pourrait nous aider à mieux comprendre la relation entre la nématicité et la supraconductivité, ainsi que le mécanisme de la supraconductivité", explique Kubota. "Et cela, à son tour, pourrait accélérer la recherche sur les supraconducteurs à température ambiante."
Plus d'informations : Y. Kubota et al, État nématique pur dans le supraconducteur à base de fer FeSe, Physical Review B (2023). DOI :10.1103/PhysRevB.108.L100501
Informations sur le journal : Examen physique B
Fourni par RIKEN
