Dans les matériaux supraconducteurs, un courant électrique circulera sans aucune résistance. Il existe de nombreuses applications pratiques de ce phénomène; cependant, de nombreuses questions fondamentales restent encore sans réponse. Professeur agrégé Justin Ye, responsable du groupe Device Physics of Complex Materials à l'Université de Groningue, ont étudié la supraconductivité dans une double couche de bisulfure de molybdène et découvert de nouveaux états supraconducteurs. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Nanotechnologie le 4 novembre.

La supraconductivité a été démontrée dans des cristaux monocouches de, par exemple, le bisulfure de molybdène ou le bisulfure de tungstène qui ont une épaisseur de seulement trois atomes. "Dans les deux monocouches, il existe un type spécial de supraconductivité dans lequel un champ magnétique interne protège l'état supraconducteur des champs magnétiques externes, " explique Ye. La supraconductivité normale disparaît lorsqu'un grand champ magnétique externe est appliqué, mais cette supraconductivité d'Ising est fortement protégée. Même dans le champ magnétique statique le plus puissant d'Europe, qui a une force de 37 Tesla, la supraconductivité dans le disulfure de tungstène ne montre aucun changement. Cependant, même si c'est génial d'avoir une protection aussi forte, le prochain défi est de trouver un moyen de contrôler cet effet protecteur, en appliquant un champ électrique.

Nouveaux états supraconducteurs

Ye et ses collaborateurs ont étudié une double couche de bisulfure de molybdène :« Dans cette configuration, l'interaction entre les deux couches crée de nouveaux états supraconducteurs." Ye a créé une double couche suspendue, avec un liquide ionique des deux côtés qui peut être utilisé pour créer un champ électrique à travers la bicouche. "Dans la monocouche individuelle, un tel champ sera asymétrique, avec des ions positifs d'un côté et des charges négatives induites de l'autre. Cependant, dans la bicouche, nous pouvons avoir la même quantité de charge induite au niveau des deux monocouches, créer un système symétrique, " explique Ye. Le champ électrique qui a été ainsi créé pourrait être utilisé pour activer et désactiver la supraconductivité. Cela signifie qu'un transistor supraconducteur a été créé qui pourrait être bloqué à travers le liquide ionique.

Dans la double couche, la protection d'Ising contre les champs magnétiques externes disparaît. "Cela se produit en raison de changements dans l'interaction entre les deux couches." Cependant, le champ électrique peut restaurer la protection. "Le niveau de protection devient fonction de la force avec laquelle vous protégez l'appareil."

Paires de tonnelier

En plus de créer un transistor supraconducteur, Ye et ses collègues ont fait une autre observation intrigante. En 1964, un état supraconducteur spécial a été prédit pour exister, appelé l'état FFLO (du nom des scientifiques qui l'ont prédit :Fulde, Ferrell, Larkin et Ovchinnikov). En supraconductivité, les électrons voyagent par paires dans des directions opposées. Comme ils voyagent à la même vitesse, ces paires de Cooper ont un moment cinétique total de zéro. Mais dans l'état FFLO, il y a une petite différence de vitesse et donc le moment cinétique n'est pas nul. Jusque là, cet état n'a jamais été convenablement étudié dans les expériences.

"Nous avons rencontré presque toutes les conditions préalables pour préparer l'état FFLO dans notre appareil, " dit Ye. " Mais l'état est très fragile et est fortement affecté par les contaminations à la surface de notre matériel. On le fera, donc, besoin de répéter les expériences avec des échantillons plus propres."

Avec la bicouche suspendue de bisulfure de molybdène, Vous et vos collaborateurs avez tous les ingrédients nécessaires pour étudier certains états supraconducteurs spéciaux. "C'est vraiment une science fondamentale qui pourrait nous apporter des changements conceptuels."