Search
  • Nouvelles
  • Informatique quantique
  • Matériaux quantiques

Supraconductivité : Vous ne pouvez pas jouer aux dames avec l’ordonnancement de la charge

by Lindsay Jolivet avr. 7 / 15

Il appert que l’ordonnancement de la charge n’est pas en damier, mais plutôt à rayures.

charge-ordering-WP_R2
Ces graphiques montrent les formes d’électricité statique de l’ordonnancement de la charge 1D à rayures (a) et de l’ordonnancement de la charge 2D en damier (b), dans le plan 2D de Cu-O.
Image courtesy of Comin et al

Des boursiers de l’ICRA faisaient partie des physiciens qui ont observé la forme de l’étrange phénomène qui entrave la supraconductivité à température élevée, mettant fin à un débat de longue date dans le domaine.

L’ordonnancement de la charge crée de l’instabilité dans certains métaux à des températures plus élevées qu’environ -100 degrés Celsius, et entraîne ainsi la réorganisation de certains électrons dans de nouveaux modes statiques périodiques qui font concurrence à la supraconductivité. Mais les scientifiques se demandent si l’ordonnancement de la charge ne jouerait pas aussi un rôle essentiel dans l’organisation des électrons dans des paires serrées qui leur permettrait de se déplacer sans résistance. L’exploitation de la supraconductivité à des températures plus proches de la température ambiante pourrait transformer la technologie, des réseaux électriques à l’IRM.

Pour comprendre l’effet de l’ordonnancement de la charge à savoir s’il s’agit d’une entrave, d’un coup de pouce ou d’un peu des deux, les scientifiques doivent d’abord comprendre de quoi il ressort – à commencer par sa forme.

En passant aux rayons X de l’oxyde de cuivre d’yttrium et de baryum très froid, Riccardo Comin, auteur principal d’un nouvel article publié dans Science, visait à comprendre si la forme de l’ordonnancement de la charge était en damier ou à rayures. Parmi ses collaborateurs à l’Institut de la matière quantique de l’Université de la Colombie-Britannique, notons le Chercheur mondial de l’ICRA Eduardo da Silva Neto et les Boursiers principaux du programme Matériaux quantiques Ruixing Liang, Walter Hardy, Doug Bonn, George Sawatzky et Andrea Damascelli — le directeur de thèse de Comin et chef d’équipe de l’étude.

Ils ont découvert qu’il s’agit d’un motif à rayures, c’est-à-dire que les électrons s’auto-organisent dans une direction (1D), plutôt que dans deux (2D), comme ils le feraient dans un motif en damier. Toutefois, quand la température baisse suffisamment, l’ordonnancement de la charge s’éteint et la supraconductivité s’enclenche, permettant aux électrons de se déplacer librement sans résistance, car n’étant plus confinés à une dimension.

Ce résultat est emballant, car la physique est bien plus intéressante à faible dimensionnalité, explique Damascelli. Et dans les cuprates, ces motifs 1D se créent au sein des plans 2D de CuO qui limitent déjà le mouvement des électrons à moins de trois dimensions, même avant que ne s’installe l’ordonnancement de la charge.

« La supraconductivité dans les métaux 3D conventionnels se limite à une température initiale de quelques degrés Kelvin », explique-t-il, en donnant comme exemples l’aluminium et le niobium. « Les supraconducteurs à température élevée sont des métaux quasi-2D qui ont maintenant une tendance vers l’ordonnancement électronique 1D. »

Qui plus est, les chercheurs ont découvert que l’ordonnancement de la charge entre en concurrence avec la supraconductivité beaucoup plus fortement dans une direction que dans l’autre. Ces résultats constituent une étape importante pour mieux comprendre ce qui détermine la supraconductivité et ce qui pourrait l’entraver.

« L’ordonnancement de la charge n’est-il rien de plus qu’une anomalie ou bien est-il présent dans tous ces systèmes en raison de la présence d’une interaction sous-jacente qui n’est pas complètement étrangère à la supraconductivité? », demande Comin. « Les deux phénomènes sont en concurrence, mais en un sens ils sont aussi interreliés. »

Selon Damascelli, le matériau utilisé dans cette étude, l’oxyde de cuivre d’yttrium et de baryum, est la grande vedette des oxydes de cuivre, en raison de sa pureté exquise et de la température de transition élevée. Il s’agit aussi d’une réussite canadienne – les Boursiers de l’ICRA Liang, Bonn et Hardy sont de grands fabricants et des fournisseurs du cristal à des fins de recherche de par le monde. « Voilà pourquoi les groupes canadiens et particulièrement le programme de l’ICRA ont eu un tel impact, nous avions accès aux meilleurs matériaux », ajoute Damascelli.