Connu sous le nom d’ondes de densité de paires, il peut être essentiel de comprendre comment la supraconductivité peut exister à des températures relativement élevées – Science

Les supraconducteurs non conventionnels contiennent un certain nombre de phases exotiques de la matière dont on pense qu’elles jouent un rôle, pour le meilleur ou pour le pire, dans leur capacité à conduire l’électricité avec une efficacité de 100% à des températures beaucoup plus élevées que ce que les scientifiques pensaient possible – bien qu’encore loin de la températures qui permettraient leur large déploiement dans des lignes électriques parfaitement efficaces, des trains maglev, etc.

Désormais, les scientifiques du laboratoire national des accélérateurs SLAC du ministère de l’Énergie ont aperçu la signature de l’une de ces phases, connue sous le nom d’ondes de densité de paire ou PDW, et ont confirmé qu’elle était entrelacée avec une autre phase connue sous le nom de bandes d’onde de densité de charge (CDW) motifs de densité électronique supérieure et inférieure dans le matériau.

L’observation et la compréhension de la PDW et de ses corrélations avec d’autres phases peuvent être essentielles pour comprendre comment la supraconductivité émerge dans ces matériaux, permettant aux électrons de se coupler et de voyager sans résistance, a déclaré Jun-Sik Lee, un scientifique du SLAC qui a dirigé la recherche dans le laboratoire. Source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL).

Même une preuve indirecte de la phase PDW entrelacée avec des bandes de charge, a-t-il déclaré, est une étape importante sur le long chemin menant à la compréhension du mécanisme derrière la supraconductivité non conventionnelle, qui a échappé aux scientifiques au cours de plus de 30 ans de recherche.

Lee a ajouté que la méthode utilisée par son équipe pour faire cette observation, qui impliquait d’augmenter considérablement la sensibilité d’une technique de rayons X standard connue sous le nom de diffusion résonnante des rayons X mous (RSXS) afin qu’elle puisse voir les signaux extrêmement faibles émis par ces phénomènes , a le potentiel d’observer directement à la fois la signature PDW et ses corrélations avec d’autres phases dans de futures expériences. C’est ce sur quoi ils prévoient de travailler ensuite.

Les scientifiques ont décrit leurs découvertes aujourd’hui dans Physical Review Letters.

Démêler les secrets des supraconducteurs

L’existence de la phase PDW dans les supraconducteurs à haute température a été proposée il y a plus de dix ans et c’est devenu un domaine de recherche passionnant, avec des théoriciens développant des modèles pour expliquer son fonctionnement et des expérimentateurs la recherchant dans une variété de matériaux.

Dans cette étude, les chercheurs sont allés le chercher dans un oxyde de cuivre, ou cuprate, matériau connu sous le nom de LSCFO pour les éléments qu’il contient – lanthane, strontium, cuivre, fer et oxygène. On pense qu’il héberge deux autres phases qui peuvent s’entremêler avec PDW: les bandes d’onde de densité de charge et les bandes d’onde de densité de spin.

La nature et le comportement des bandes de charge et de spin ont été explorés dans un certain nombre d’études, mais il n’y avait eu que quelques aperçus indirects de PDW – un peu comme l’identification d’un animal à partir de ses traces – et aucun n’a été fait avec des techniques de diffusion des rayons X . Parce que la diffusion des rayons X révèle le comportement d’un échantillon entier à la fois, on pense que c’est le moyen le plus prometteur de clarifier si PDW existe et comment il se rapporte à d’autres phases clés dans les cuprates, a déclaré Lee.

Au cours des dernières années, l’équipe SSRL a travaillé sur l’augmentation de la sensibilité du RSXS afin de pouvoir capturer les signaux recherchés.

Le chercheur postdoctoral Hai Huang et l’ingénieur du personnel du SLAC Sang-Jun Lee ont utilisé la technique améliorée dans cette étude. Ils ont diffusé des rayons X hors du LSCFO et dans un détecteur, formant des motifs qui révélaient ce qui se passait à l’intérieur du matériau. En abaissant la température du matériau vers sa plage supraconductrice, des bandes de spin sont apparues et entrelacées pour former des bandes de charge, et ces bandes de charge ont ensuite été associées à l’émergence de fluctuations bidimensionnelles qui caractérisent PDW.

Les chercheurs ont déclaré que ces résultats démontrent non seulement la valeur de la nouvelle approche RSXS, mais soutiennent également la possibilité que le PDW soit présent non seulement dans ce matériau, mais dans tous les cuprates supraconducteurs.

Une équipe de recherche dirigée par Masaki Fujita de l’Université de Tohoku au Japon a cultivé le cristal LSCFO de haute qualité utilisé dans l’expérience et y a effectué des tests préliminaires. La recherche a été financée par le DOE Office of Science. SSRL est une installation utilisateur du DOE Office of Science.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par le laboratoire national des accélérateurs du DOE / SLAC. Original écrit par Glennda Chui. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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