Ces superconducteurs se comportent "étrangement" et les scientifiques savent enfin pourquoi.

Des recherches innovantes en superconductivité révèlent de nouvelles informations sur les supraconducteurs à base de cuivre à haute température critique. Des efforts de collaboration ont mis en évidence le comportement métallique étrange de ces supraconducteurs et ont identifié un point quantique critique. Des expériences approfondies aux rayons X ont abouti à cette découverte, qui promet des technologies futures et des solutions durables. Crédit : SciTechDaily.com

Des recherches récentes ont déverrouillé des aspects clés des supraconducteurs à haute température critique, identifiant leur état unique de "métal étrange" et un point quantique critique crucial. Cette découverte, résultat d'efforts de collaboration et d'expériences approfondies, ouvre la voie à des technologies supraconductrices avancées.

Faisant un pas important en avant dans la recherche sur la supraconductivité, la découverte pourrait ouvrir la voie à des technologies durables et contribuer à un avenir plus respectueux de l'environnement.

L'étude récemment publiée dans Nature Communications par des chercheurs du Politecnico di Milano, de l'Université de technologie de Chalmers à Göteborg et de l'Université Sapienza de Rome éclaire l'un des nombreux mystères des supraconducteurs à base de cuivre à haute température critique : même à des températures supérieures à la température critique, ils sont spéciaux, se comportant comme des métaux "étranges". Cela signifie que leur résistance électrique change avec la température de manière différente de celle des métaux normaux.

La recherche suggère l'existence d'un point quantique critique lié à la phase appelée "métal étrange".

Diagramme de phase des cuprates. Crédit : Politecnico di Milano

"Un point quantique critique identifie des conditions spécifiques où un matériau subit un changement soudain de ses propriétés uniquement en raison d'effets quantiques. Tout comme la glace fond et devient liquide à zéro degré Celsius en raison d'effets de température microscopiques, les cuprates se transforment en un métal 'étrange' en raison des fluctuations quantiques de charge" commente Riccardo Arpaia, chercheur au département de microtechnologie et de nanoscience à Chalmers et auteur principal de l'étude.

La recherche est basée sur des expériences de diffraction des rayons X menées au Synchrotron Européen ESRF et au synchrotron britannique DLS. Elles révèlent l'existence de fluctuations de densité de charge affectant la résistance électrique des cuprates de manière à les rendre "étranges". La mesure systématique de la variation de l'énergie de ces fluctuations a permis d'identifier la valeur de la densité de porteurs de charge à laquelle cette énergie est minimale : le point quantique critique.

L'instrument ERIXS du Synchrotron Européen ESRF à Grenoble. Crédit : Politecnico di Milano

"Il s'agit du résultat de plus de cinq ans de travail. Nous avons utilisé une technique, appelée RIXS, largement développée par nous au Politecnico di Milano. Grâce à de nombreuses campagnes de mesure et à de nouvelles méthodes d'analyse des données, nous avons pu prouver l'existence du point quantique critique. Une meilleure compréhension des cuprates guidera la conception de matériaux encore meilleurs, avec des températures critiques plus élevées, et donc plus faciles à exploiter dans les technologies de demain", ajoute Giacomo Ghiringhelli, professeur au département de physique du Politecnico di Milano et coordinateur de la recherche.

Sergio Caprara, avec ses collègues du département de physique de l'Université Sapienza de Rome, a élaboré la théorie qui attribue aux fluctuations de charge un rôle clé dans les cuprates. Il a déclaré : "Cette découverte représente une avancée importante dans la compréhension non seulement des propriétés anormales de l'état métallique des cuprates, mais également des mécanismes encore obscurs sous-jacents à la supraconductivité à haute température".

Référence : "Signature of quantum criticality in cuprates by charge density fluctuations" de Riccardo Arpaia, Leonardo Martinelli, Marco Moretti Sala, Sergio Caprara, Abhishek Nag, Nicholas B. Brookes, Pietro Camisa, Qizhi Li, Qiang Gao, Xingjiang Zhou, Mirian Garcia-Fernandez, Ke-Jin Zhou, Enrico Schierle, Thilo Bauch, Ying Ying Peng, Carlo Di Castro, Marco Grilli, Floriana Lombardi, Lucio Braicovich et Giacomo Ghiringhelli, 8 novembre 2023, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-023-42961-5