La supraconductivité est une propriété quantique des matériaux entraînant une résistance électrique de zéro à des températures très basses. Dans certains matériaux, plusieurs bandes électroniques sont connues pour contribuer à l'émergence d'une supraconductivité, conduisant à de multiples lacunes énergétiques supraconductrices. Ce phénomène est appelé supraconductivité multibande.
Des chercheurs de l'Université de Lund en Suède, de l'institut Laue Langevin en France et d'autres instituts d'Europe ont récemment réalisé une étude visant à mieux comprendre la supraconductivité multibands émergeant dans le dichalcogénide de transition du métal 2H-NBSE2qui présente un réseau de vortex lorsqu'il est exposé à un champ magnétique.
Leurs résultats, publiés dans Lettres d'examen physiquedévoilez deux contributions clés à l'état supraconducteur observé dans ce matériau.
« Notre étude récente a été motivée par le mystère de longue date de la façon dont l'existence de plusieurs bandes électroniques influence la supraconductivité – les matériaux conduisant de l'électricité sans résistance », a déclaré au Dr Ahmed Alshemi, boursier postdoc
« Plus précisément, nous avons été inspirés par les prédictions théoriques précédentes et les indications expérimentales que les supraconducteurs comme 2H-NBSE2 hébergez plusieurs bandes d'électrons, chacune contribuant différemment à la supraconductivité. «
L'objectif principal de la récente étude d'Alshemi et de ses collègues était de délimiter et de caractériser le rôle de plusieurs bandes d'électrons dans l'émergence de la supraconductivité. Ils espéraient que cela leur permettrait à son tour de déterminer comment ces bandes façonnent le comportement supraconducteur des matériaux, en particulier en présence d'un champ magnétique.
« Dans nos expériences, nous avons utilisé la diffusion de neutrons à petit angle (SAN), une puissante sonde sensible en vrac qui nous permet d'observer la disposition d'un tourbillon magnétique quantifié à l'intérieur des supraconducteurs », a expliqué Alshemi.
« Lorsque nous avons appliqué un champ magnétique au matériau supraconducteur 2H-NBSE2il a créé des lignes de flux magnétique – appelé un «réseau de vortex» – où le flux magnétique pénètre le matériau. En diffusant les neutrons de ce réseau vortex, nous pourrions mesurer avec précision les changements dans sa structure et comment il évolue avec la température et la résistance du champ magnétique. «
Les mesures recueillies par cette équipe de chercheurs ont offert des informations précieuses sur la façon dont chaque bande d'électrons dans 2H-NBSE2 contribue à l'émergence de la supraconductivité. De plus, ils ont fait la lumière sur la façon dont la contribution des bandes électroniques a changé lorsque le matériau a été soumis à des champs magnétiques d'intensité variable.
« La réalisation la plus notable de notre étude est la démonstration expérimentale précise que 2H-NBSE2 présente deux lacunes supraconductrices distinctes, ce qui signifie deux bandes électroniques distinctes qui sont simultanément supraconductrices avec des propriétés différentes « , a déclaré Alshemi.
« Remarquablement, nous avons découvert que sous des champs magnétiques modérés (environ 0,8 Tesla), la supraconductivité dans l'une de ces bandes commence à diminuer considérablement, même si le matériau dans son ensemble reste supraconducteur.
« Notre travail sur 2H-NBSE2 Aide également à affiner les modèles théoriques de supraconductivité et donne un aperçu de la façon dont le couplage interbandage affecte les propriétés supraconductrices, en particulier conduisant à la supraconductivité variant sur plusieurs échelles de longueur. «
Notamment, les résultats de la récente étude d'Alshemi et de ses collègues remettent en question certaines hypothèses théoriques antérieures, tout en offrant également de nouvelles informations sur les propriétés fondamentales de la supraconductivité multibande dans 2H-NBSE2.
À l'avenir, cette perspicacité pourrait éclairer la recherche de nouveaux matériaux supraconducteurs qui peuvent être spécifiquement adaptés pour soutenir le fonctionnement de diverses technologies avancées, y compris des systèmes d'alimentation ultra-efficaces et des ordinateurs quantiques.
« En regardant vers l'avenir, nous prévoyons d'étendre cette recherche en examinant comment différents stimuli externes, comme varier la direction des champs magnétiques appliqués, influencent le comportement des supraconducteurs multibands comme NBSE2« a ajouté Alshemi.
« Nous visons également à explorer d'autres phénomènes physiques intrigants supposés exister dans ce matériau, notamment les états orbitaux de Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (orbital FFLO), des ondes de densité de charge (CDW) et des ondes de densité de paire (PDW), en utilisant des techniques de diffusion de neutrons avancées.
« Ces études contribueront de manière significative à une compréhension universelle du fonctionnement de ces supraconducteurs, permettant finalement de nouvelles progrès dans les technologies supraconductrices durables et innovantes. »
