La supraconductivité est une propriété intrigante observée dans certains matériaux, ce qui implique la capacité de mener un courant électrique combiné à une résistance électrique de zéro à de basses températures. Les physiciens ont observé cette propriété dans divers matériaux solides avec différentes caractéristiques et épaisseurs atomiques.
Une équipe de chercheurs de l'Université Nanjing en Chine a récemment réalisé une étude visant à explorer davantage le comportement du déséléniure de niobium (NBSE₂), un matériau en couches qui s'est avéré être un supraconducteur lorsqu'il est atomiquement mince. Leur article, publié dans Lettres d'examen physiquedévoile des fluctuations supraconductrices résilientes dans le NBSE »atomiquement mince, qui pourrait jouer un rôle dans l'état métallique anormal précédemment observé dans ce matériau.
« Notre étude a été inspirée par un puzzle de longue date de la physique de la matière condensée, qui peut être résumé par la question: les métaux peuvent-ils vraiment exister en deux dimensions en tant qu'état fondamental? » Xiaoxiang XI, auteur principal du journal, a déclaré à Issues.fr. « Bien que nous comprenions le comportement des métaux quotidiens et des isolateurs, des matériaux ultrathin – comme les feuilles d'un seul atome d'épaisseur – relâchent ces règles conventionnelles. »
Des études antérieures ont observé un état physique connu sous le nom de « l'état métallique anormal » dans certains matériaux atomiquement minces, y compris dans NBSE₂ lorsqu'un petit champ magnétique perturbe son état supraconducteur. Dans cet état, le matériau présente un comportement de type métal, ainsi que des propriétés inhabituelles qui ne sont pas tout à fait alignées sur le comportement conventionnel des métaux.
« Au fil des ans, diverses théories ont été proposées, mais le mécanisme exact de cet état reste incertain », a déclaré Xi. « Notre étude visait à revisiter ce phénomène dans NBSE₂ et à approfondir notre compréhension de ses origines. »
Pour explorer davantage l'état métallique anormal observé précédemment dans NBSE₂, XI et ses collègues atomiquement minces ont collecté des mesures de transport électrique, qui donnent un aperçu de la façon dont la charge électrique circule à travers les matériaux. Ils ont également utilisé des techniques optiques pour examiner comment la supraconductivité du matériau s'adapte lorsqu'un champ magnétique est appliqué à sa surface perpendiculairement.
En utilisant ces méthodes, les chercheurs ont observé un mode Higgs supraconducteur dans l'échantillon NBSE₂ atomiquement mince. Il s'agit d'une oscillation collective de particules dans un supraconducteur, produisant une sorte de « danse synchronisée » qui reflète l'organisation des électrons dans un matériau.
« Pour observer le mode Higgs, nous avons utilisé la diffusion Raman – éclairant la lumière sur le matériau et analysant comment la couleur de la lumière se déplace lorsqu'elle interagit avec ces » danses « , a expliqué Xi. « Bien que ce mode ait été observé il y a des décennies dans des cristaux NBSE₂ beaucoup plus épais, le détecter en couches atomiquement minces était plus difficile. Pour capturer ses signaux subtils, nous avons dû surmonter des difficultés liées aux petits échantillons délicats. »
Des travaux antérieurs avaient recueilli des preuves suggérant que l'état métallique anormale dans NBSE₂ pourrait être un artefact expérimental, causé par un couplage de bruit électrique externe à l'échantillon analysé. Les résultats recueillis par Xi et ses collègues, en revanche, suggèrent que même si elle est influencée par le bruit électrique, l'état métallique défie toujours les règles standard des métaux.
« Nous avons constaté que ses propriétés ressemblent étroitement à » l'état métallique anormal « observé dans d'autres systèmes où le bruit avait été éliminé », a déclaré Xi. « En utilisant des mesures de diffusion Raman et de résistance au hall, nous avons recueilli des preuves que les électrons du matériau forment toujours des paires de Cooper (les paires d'électrons généralement responsables de la supraconductivité), mais ces paires ne se condensent pas en un état supraconducteur entièrement cohérent.
Les travaux récents de cette équipe de chercheurs jette un nouvel éclairage sur la supraconductivité du NBSE atomiquement mince, remettant en question la compréhension actuelle de l'état métallique anormal émergeant de ce supraconducteur bidimensionnel prototypique. À l'avenir, il pourrait ouvrir la voie à de nouvelles études axées sur cet état, ce qui entraîne potentiellement plus de découvertes sur cet état et sa physique sous-jacente.
« Dans nos prochaines études, nous prévoyons d'explorer les caractéristiques microscopiques de cet état métallique anormal en utilisant d'autres techniques expérimentales », a ajouté Xi. « Nous sommes également intéressés à trouver des moyens de contrôler cet état, nous pouvons donc mieux comprendre les conditions et les mécanismes de sa formation. »
