Un effet quantique étrange trouvé dans un supraconducteur exotique

Les chercheurs ont découvert un mystérieux effet quantique qui brise un théorème de physique vieux de 60 ans.

• Les scientifiques de Princeton dirigent une équipe internationale qui a découvert un comportement inhabituel dans les supraconducteurs à base de fer.
• Les chercheurs ont observé comment l’ajout d’atomes de cobalt perturbe la supraconductivité.
• L’expérience a démontré un comportement quantique inattendu.

Une équipe internationale de chercheurs a observé un effet quantique inattendu dans un supraconducteur exotique. Leur découverte peut mener à la prochaine génération de technologies d’économie d’énergie.

Les supraconducteurs traditionnels, utilisés pour conduire l’électricité sans résistance, fonctionnent à basse température. Cependant, certains supraconducteurs à base de fer découverts il y a une dizaine d’années fonctionnent à des températures élevées. La manière dont ils le font n’a pas été claire, d’autant plus que le magnétisme du fer entre en conflit avec l’apparition de la supraconductivité, explique le communiqué de presse de Princeton, dont les scientifiques ont dirigé les recherches.

La découverte du fonctionnement de ces supraconducteurs à base de fer pourrait ouvrir la voie à de nouvelles applications, ce qui inciterait les chercheurs à s’y intéresser. Ils ont sondé ces matériaux en ajoutant des impuretés – des atomes de cobalt – pour voir comment la supraconductivité était créée et dissipée. L’introduction du cobalt a démontré que les supraconducteurs à base de fer perdent la propriété de la supraconductivité. Il commence à agir comme un métal ordinaire, où le flux électrique est rencontré avec la résistance et la perte d’énergie.

Le chef de l’équipe, M. Zahid Hasan, professeur de physique à l’Université de Princeton, a comparé leur approche au lancement d’une pierre dans l’eau pour voir comment l’eau réagirait, soulignant que “la façon dont les propriétés supraconductrices réagissent aux impuretés révèle leurs secrets au niveau quantique”.

Leur équipe a utilisé une technique appelée microscopie à effet tunnel pour obtenir des images d’atomes individuels dans un supraconducteur fait de lithium, de fer et d’arsenic pendant qu’ils ajoutaient des atomes de cobalt. Ils ont pu observer comment l’introduction d’un plus grand nombre d’atomes de cobalt a fait disparaître la supraconductivité.

Ce qui était surprenant : les chercheurs ont découvert que les atomes de cobalt étaient capables de perturber l’appariement des électrons tout en remplaçant les atomes de fer dans le métal. Ce comportement, qui a entraîné une transition de phase quantique, changeant l’état de supraconducteur à non supraconducteur, a également violé le théorème d’Anderson bien établi. Proposée en 1959 par le prix Nobel de physique Philip Anderson, c’était l’explication acceptée de ce qui arriverait si on ajoutait des impuretés à un supraconducteur. La nouvelle recherche montre clairement une exception au théorème d’Anderson.

Une autre découverte inhabituelle a révélé que les impuretés de cobalt ont également transformé la nature et la forme de ce que l’on appelle le “fossé énergétique” – une caractéristique emblématique de la supraconductivité. La forme de l’écart est indicative du “paramètre d’ordre” lié à la nature de la supraconductivité. L’effet sur cette propriété est mystérieux et indique un changement de signe dans la phase du paramètre d’ordre.

Le chercheur postdoctoral Ilya Belopolski, co-auteur de l’étude, a expliqué l’importance de l’exploit des chercheurs :

“Naïvement, la distinction entre la supraconductivité conventionnelle et la supraconductivité à changement de signe exige une mesure sensible à la phase du paramètre d’ordre supraconducteur, ce qui peut s’avérer extrêmement difficile”, explique M. Belopolski. “Un bel aspect de notre expérience est qu’en considérant les violations du théorème d’Anderson, nous pouvons contourner cette exigence.

Consultez l’étude publiée dans Physical Review Letters.

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Source : Big Think – Traduit par Anguille sous roche