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Un nouvel état superconducteur découvert à l'échelle atomique

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Un nouvel état superconducteur découvert à l'échelle atomique

Mardi, 01/07/2025 - 18:47 0 commentaire
Un nouvel état superconducteur découvert à l'échelle atomique zoom

Jusqu'à présent, les matériaux ne peuvent atteindre la supraconductivité qu'à des températures extrêmement basses, proches du zéro absolu. Mais des chercheurs américains du Caltech ont découvert un nouvel état supraconducteur, soit un nouveau type de comportement que peuvent adopter les matériaux. 

Pour comprendre en quoi cette découverte représente une pièce importante du puzzle, il faut savoir comment fonctionne le principe de la résistance électrique dans les supraconducteurs. Dans les matériaux dits “normaux”, les électrons individuels entrent en collision avec des ions lorsqu'ils se déplacent à travers la structure cristalline du métal. Chaque collision fait perdre de l'énergie aux électrons, augmentant la résistance électrique. En revanche, dans les matériaux supraconducteurs, les électrons sont faiblement attirés les uns vers les autres et peuvent se lier, formant des duos appelées paires de Cooper. Ces électrons appariés restent dans une plage d'énergie spécifique et relativement petite, appelée la "fente d'énergie". Tant que les électrons restent dans cette plage, ils ne perdent pas d'énergie lorsqu'ils interagissent avec les autres particules. C’est dans cette fente d’énergie que la supraconductivité se produit.

La découverte de l’équipe de recherche repose sur plusieurs décennies de recherches. Contrairement à ce que l’on pensait avant, dans les années soixante, les scientifiques suggèrent que la fente d’énergie pourrait être plus forte dans certaines zones du matériau supraconducteur. Dans les années 2000, une nouvelle idée émerge : dans certains matériaux supraconducteurs, la fente d'énergie ne serait pas uniforme, mais fluctuerait de manière périodique. Cette fluctuation, qui se produit sur une longue longueur d'onde, pourrait influencer de manière significative la manière dont la supraconductivité se manifeste. Les chercheurs ont appelé cela un "état de densité d'ondes de paires" (PDW).

Aujourd’hui, l’équipe de recherche dirigée par Steven Nadj-Perge, chercheur au California Institute of Technology, a décidé d’explorer la fente d’énergie en étudiant des flocons très fins d’un supraconducteur à base de fer : le FeTe0.55Se0.45. Ils ont utilisé une technique de microscopie à effet tunnel, qui permet d'examiner la surface d'un matériau à l'échelle atomique. Cette méthode n’avait pas pu être réalisée auparavant à cause de problèmes de contamination de la surface. En réussissant à obtenir une surface propre, ils ont découvert que la fente d'énergie dans ce matériau ne restait pas constante, mais se modulait régulièrement sur des distances aussi petites que l'espacement entre les atomes, avec des variations atteignant jusqu’à 40 %. Cette modulation appelée "modulation de densité des paires de Cooper (PDM)", représente la plus forte modulation observée à ce jour. Enfin, les chercheurs ont proposé un modèle expliquant cette modulation, suggérant qu'elle provient de ruptures dans les symétries du matériau, spécifiques aux flocons fins étudiés. Cette découverte permet aux chercheurs de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents de la supraconductivité et ouvre la voie à des avancées potentielles pour développer des matériaux supraconducteurs plus performants, notamment à température ambiante.

Nature : https://www.nature.com/articles/s41586-025-08703-x

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