Découverte d’un tout nouveau type de supraconducteur

nouveau type supraconducteur découvert
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Les physiciens étudient les supraconducteurs depuis des décennies pour les avantages révolutionnaires qu’ils promettent : conduire l’électricité sans aucune résistance dans le cadre de plusieurs technologies. Au cours des dernières années, deux types de supraconducteurs ont été mis en évidence : les supraconducteurs à onde s et à onde d, dépendant de la configuration des paires de Cooper. Récemment, une équipe de chercheurs a découvert un tout nouveau type de supraconducteur — un supraconducteur à onde g. 

La supraconductivité est classiquement définie par un double phénomène : une résistivité nulle, c’est-à-dire l’absence totale de résistance électrique au passage d’un courant, et l’effet Meissner, c’est-à-dire l’expulsion du champ magnétique lorsque la température du supraconducteur est inférieure à sa température critique.

L’émergence de propriétés supraconductrices est décrite par la théorie BCS, du nom de ses auteurs : John Bardeen, Leon Neil Cooper, et John Robert Schrieffer, dont la découverte leur vaudra le prix Nobel de physique en 1972. Dans cette théorie, au sein d’un métal soumis à des températures très basses, les électrons forment des paires – les paires de Cooper.

Lorsqu’ils sont couplés, les électrons forment une configuration cohérente de plus basse énergie (l’énergie de la paire de Cooper est inférieure à l’énergie initiale des deux électrons). Sous cette forme, les paires de Cooper ont un spin nul et se comportent comme des bosons. Dès lors, les paires d’électrons peuvent se déplacer sans aucune résistance dans le milieu, conférant au matériau ses propriétés supraconductrices.

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Jusqu’à présent, presque tous les supraconducteurs découverts sont des singulets de spin, constitués de paires d’électrons de Cooper qui combinent un électron de spin up avec un électron de spin down, supprimant la résistance électrique du matériau. Il existe actuellement deux types de supraconductivité qui correspondent à cette description, onde s et onde d.

En termes simples, les électrons des paires de Cooper à onde s pointent directement l’un vers l’autre, annulant le moment angulaire de chacun. Un alignement différent dans les ondes d crée un moment cinétique positif le long d’un axe et négatif le long d’un deuxième axe — ce qui lui donne deux unités de moment cinétique.

Ruthénate de strontium : un supraconducteur à deux composantes

Le supraconducteur à ondes g nouvellement découvert possède un type de moment angulaire totalement distinct de l’onde s ou de l’onde d, et il a été découvert grâce à une analyse par spectroscopie ultrasonore détaillée du ruthénate de strontium métallique. Les détails ont été publiés dans la revue Nature Physics. L’équipe recherchait en fait un autre type de supraconducteur qui n’existe que comme hypothèse pour l’instant : le supraconducteur à onde p.

structure ruthanate strontium supraconducteur
Structure du ruthanate de strontium métallique. Après analyse spectroscopique, les chercheurs ont découvert qu’il s’agissait d’un supraconducteur à onde g. Crédits : W. Yin et al.

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Les chercheurs pensent qu’il pourrait s’agir d’un triplet de spin, où les électrons appariés ont la même direction de spin, créant un moment angulaire de 1 — quelque part entre l’onde s et l’onde d plus exotique. Au lieu de trouver la supraconductivité de l’onde p, ils ont trouvé un type de moment angulaire complètement différent.

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Les balayages spectroscopiques ont examiné la symétrie d’un cristal de ruthénate de strontium, créant une nouvelle configuration entièrement personnalisée pour refroidir le matériau aux températures nécessaires. Les constantes élastiques du matériau ont révélé que le ruthénate de strontium est un supraconducteur à deux composantes, capable de liaisons électroniques ayant besoin d’une direction ainsi que d’un nombre pour les décrire.

Cela signifiait que le matériau ne pouvait pas être classé comme un supraconducteur à onde s, onde d ou onde p. Et les données ont révélé une supraconductivité avec un moment angulaire de 4, soit une supraconductivité à onde g. À l’avenir, les chercheurs examineront d’autres matériaux qui pourraient être capables de supraconductivité à onde p. Ils vont également analyser plus en détail le ruthénate de strontium.

Sources : Nature Physics

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