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Un phénomène qui entrave la supraconductivité se manifeste dans les deux types de cuprates

by CIFAR janv. 29 / 15

Pour la première fois, des chercheurs ont repéré l’ordonnancement de la charge – un phénomène qui perturbe la supraconductivité – dans des cristaux d’oxyde de cuivre dopés aux électrons. Cette découverte constitue une étape essentielle de la concrétisation de la résistance électrique nulle à température ambiante.

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Un schéma de l’expérience illustre un photon qui rebondit sur un échantillon du cuprate. Image: Science Magazine

Les résultats figurent dans un article publié le 16 janvier dans Science et dirigé par les Chercheurs mondiaux de l’ICRA Eduardo H. da Silva Neto et Riccardo Comin (Université de la Colombie-Britannique). L’article a pour coauteurs le conseiller Richard Green (Université du Maryland) et les Boursiers principaux George Sawatzky et Andrea Damascelli (Université de la Colombie-Britannique); Damascelli dirige l’équipe de recherche. Le projet est issu de discussions au sein du programme Matériaux quantiques de l’ICRA.

La supraconductivité se manifeste quand les électrons se rapprochent très près les uns des autres pour former des paires et se déplacent dans le réseau cristallin d’un matériau sans résistance. Dans les composés d’oxyde de cuivre ou cuprates, la supraconductivité à température élevée se manifeste dans des cristaux où des électrons ont été ajoutés aux atomes ou enlevés.

Quand les électrons sont enlevés, on parle alors de dopage de type « trou ». Depuis quelques années, les physiciens savent que dans les oxydes de cuivre avec dopage de type « trou », l’ordonnancement de la charge entre en concurrence avec la supraconductivité quand la température, près du zéro absolu, commence à monter.

Dans un cristal habituel, les atomes forment des réseaux périodiques très organisés et il en va de même pour leurs électrons. Toutefois, dans certains matériaux, une instabilité provoque la réorganisation de certains électrons et il s’ensuit de nouveaux motifs périodiques de la charge qui ne suivent pas les atomes sous-jacents. Ce phénomène s’appelle l’ordonnancement de la charge. Dans les cuprates avec dopage de type « trou », cet ordonnancement de la charge perturbe le motif délicat nécessaire à la supraconductivité et fait en sorte que le matériau fluctue entre deux états jusqu’à ce que la température se refroidisse suffisamment pour permettre la victoire de la supraconductivité.

« Il s’agit essentiellement d’une lutte entre l’ordonnancement de la charge et la supraconductivité », dit da Silva Neto.

En outre, la nouvelle étude révèle que l’ordonnancement de la charge se produit aussi dans les cuprates dopés aux électrons. Conséquemment, ce phénomène se manifeste dans les deux types de cuprates, malgré le fait que le plus clair des résultats scientifiques à ce jour suggéraient le contraire. Qui plus est, des recherches antérieures ont laissé croire aux scientifiques que l’ordonnancement de la charge ne se produit que lors d’un stade de transition vers la supraconductivité, appelé pseudogap.

« Dans les cuprates avec dopage de type “trou” sur lesquels ont porté toutes les expériences, on en revient toujours à cette mystérieuse phase pseudogap », ajoute da Silva Neto.

Jusqu’à présent, les études avaient suggéré que l’état de pseudogap était essentiel à l’ordonnancement de la charge – voilà pourquoi il y a eu de nombreuses tentatives d’expliquer l’ordonnancement de la charge en fonction du pseudogap.

Toutefois, cette étude a détecté l’ordonnancement de la charge à une température plus élevée que celle de la phase pseudogap, contredisant par le fait même ce qui était devenu un paradigme dans le domaine. Ces résultats suggèrent une nouvelle orientation pour arriver à comprendre le problème.

« La découverte de l’ordonnancement de la charge est un résultat d’importance qui a favorisé l’essor du domaine ces dernières années », dit da Silva Neto. « Nous espérons maintenant que par la modulation du phénomène ou son élimination du système, la supraconductivité pourra se manifester à des températures critiques plus élevées. »

Cette nouvelle étude révèle que l’ordonnancement de la charge se comporte de façon inattendue pour les scientifiques et cela ouvre de nouvelles possibilités d’explorations futures.