Avancée dans l’étude des propriétés de matériaux supraconducteurs

Cette recherche a été sélectionnée par Physics comme l’un des 8 highlights de 2017.

Dans un supraconducteur, les électrons subissent des interactions très particulières dont l’effet le plus surprenant est une perte totale de toute résistance électrique. Ces matériaux sont donc prometteurs en vue de futures applications, d’autant plus que certains supraconducteurs peuvent être utilisés à la température de l’azote liquide. Toutefois, les mécanismes à l’origine de ces propriétés exceptionnelles restent mystérieux. L’étude de ces matériaux soumis à un champ magnétique est un moyen de sonder la nature des interactions à l’origine de l’état supraconducteur en donnant un aperçu des électrons dans l’état non supraconducteur qui prévaut au cœur des lignes de flux magnétiques (vortex). Par ailleurs, la nature électronique des cœurs de vortex est cruciale dans la maîtrise de l’ancrage de ces lignes de flux au sein d’un matériau, sachant que leur mobilité est souvent le facteur limitant pour de nombreuses applications technologiques existantes et à venir des supraconducteurs.

En 2016, les physiciens de la Faculté des Sciences de l’Université de Genève (UNIGE) ont montré que ce qui était jusqu’alors considéré comme la signature électronique des cœurs de vortex n'a en fait rien à voir avec les lignes de flux magnétiques. Ce résultat les a amenés à revisiter la structure électronique des vortex. Dans un nouveau travail publié dans Physical Review Letters, l’équipe de Christoph Renner, professeur au Département de physique de la matière quantique, montre que les cœurs de vortex présentent une signature électronique spécifique et conforme à la théorie. Cette signature, très difficile à détecter, était jusqu’ici restée cachée par une autre contribution identifiée dans les travaux de 2016. Une conclusion de cette étude est que l’empreinte électronique d’un cœur de vortex dépend fortement de son environnement immédiat. Ainsi, pour les arrangements désordonnés de vortex caractéristiques des composés à haute température critique, chaque cœur est susceptible de porter une signature électronique particulière, légèrement différente de celle du cœur voisin. Cette variabilité est parfaitement reproduite par la modélisation et résout le mystère de la signature électronique des cœurs de vortex.

Une hypothèse très répandue affirme que les supraconducteurs à haute température critique nécessiteraient une théorie différente de celle de Bardeen, Cooper et Schrieffer qui décrit avec succès les autres matériaux supraconducteurs. L'étude de l'UNIGE vient contredire cette hypothèse en montrant que la théorie rend compte des observations jusqu'au cœur des vortex.

Contact :

Pour obtenir de plus amples informations, n’hésitez pas à contacter le Professeur Christoph Renner (T. +41 22 379 35 44) ou le Dr Christophe Berthod (T. +41 22 379 68 95).

Référence :

Observation of Caroli–de Gennes–Matricon Vortex States in YBa₂Cu₃O_7−δ , C. Berthod, I. Maggio-Aprile, J. Bruér, A. Erb, C. Renner, Phys. Rev. Lett. 119, 237001 – Published 4 December 2017. DOI