Une équipe internationale dirigée par des chercheurs du MPI-CPfS a utilisé l'irradiation avec des électrons de très haute énergie pour introduire de manière contrôlée des défauts atomiques dans des films minces de nickelate supraconducteurs. Leur enquête systématique récemment publiée dans Lettres d'examen physique aide à affiner les réponses possibles aux questions fondamentales sur la façon dont la supraconductivité émerge dans ces matériaux.
Les supraconducteurs sont des matériaux qui expulsent complètement les champs magnétiques et transmettent parfaitement le courant électrique sans aucune perte, propriétés qui en font à la fois des terrains de jeu fascinants pour approfondir la compréhension physique fondamentale des matériaux et des éléments de base technologiques potentiellement révolutionnaires.
Certains types de supraconducteurs sont relativement bien compris, comme l’expliquent les modèles théoriques développés à partir des années 1950. D’autres classes de supraconducteurs restent plus mystérieuses, mais peuvent présenter une supraconductivité à des températures plus élevées, ce qui les rend plus attractives pour des applications pratiques.
Les plus célèbres de ces supraconducteurs « non conventionnels » sont les céramiques à base d'oxyde de cuivre, ou cuprates, découvertes pour la première fois en 1986 par des chercheurs d'IBM Zürich. Avant ce travail révolutionnaire, leurs premiers efforts ont lancé la recherche de la supraconductivité dans des composés d’oxyde de nickel étroitement apparentés, qui sont restés un sujet de travail actif dans le monde entier pendant des décennies jusqu’à ce que la supraconductivité du nickelate soit finalement démontrée par des chercheurs de l’Université de Stanford en 2019.
La supraconductivité du nickelate est rapidement apparue comme un domaine dynamique avec de nouveaux composés atteignant des températures de transition plus élevées et révélant à la fois des similitudes frappantes et des différences intrigantes avec leurs homologues cuprates. Malgré ces progrès, plusieurs questions clés restent difficiles à résoudre, en grande partie à cause des techniques de synthèse complexes et très précises requises pour produire ces nickelates supraconducteurs.
Dès les premiers jours de la découverte, des groupes de recherche du monde entier ont investi d’immenses efforts pour améliorer la qualité des matériaux supraconducteurs à base d’oxyde de nickel (nickelate). Aujourd’hui, des chercheurs du MPI-CPfS ont collaboré avec des groupes de l’Université de Stanford et de l’Ecole Polytechnique pour faire le contraire. En commençant par certains des meilleurs échantillons disponibles, l’exposition à des électrons d’énergie mégavolt introduit lentement des défauts à l’échelle atomique dans les échantillons, réduisant progressivement la température à laquelle ils sont supraconducteurs.
Différents types de supraconducteurs sont plus ou moins sensibles à ce type de désordre dans le réseau atomique. Des mesures systématiques avec des densités de défauts croissantes leur ont donc permis de distinguer les différents modèles proposés du mécanisme supraconducteur et d'affiner les possibilités.
Cette étude approfondit la compréhension de la façon dont la supraconductivité émerge dans les nickelates, notamment en relation avec celle des cuprates. Il jette également les bases de recherches futures plus détaillées sur une gamme plus large de supraconducteurs au nickelate et met en évidence les principales références pour améliorer la façon dont ces matériaux sont fabriqués.
