La supraconductivité à haute température critique (haute Tc) reste pour lheure un mystère théorique. Si ce phénomène est observé expérimentalement, aucun scientifique nest encore parvenu à expliquer son mécanisme. Dans les années 90, le Britannique Anthony Leggett a proposé un scénario reposant sur lénergie de Coulomb. Aujourdhui, des chercheurs de lUniversité de Genève (UNIGE), en collaboration avec Leggett et son équipe, se sont appliqués à mettre à lépreuve ce scénario. Leurs résultats remettent en question la conjecture de Leggett, ouvrant ainsi de nouvelles pistes dexplication de la supraconductivité à haute Tc. Des résultats à lire dans la revue Physical Review X.
La supraconductivité est au cur dintensives recherches en physique, en raison notamment de ses remarquables caractéristiques électroniques, comme labsence de résistance électrique. Ses propriétés font delle un élément indispensable pour les milieux hospitaliers, ainsi que pour le transport et le stockage dénergie.
A la fin des années 90, le professeur Leggett de lUniversité dIllinois a présenté un scénario suggérant un mécanisme contrôlant la supraconductivité à haute Tc des cuprates, des matériaux à base de cuivre et doxygène. Dans son scénario, la transition du matériau dans létat supraconducteur est une conséquence directe dune diminution de cette partie de lénergie de Coulomb qui est associée à de longues longueurs dondes et des fréquences « moyen infrarouge ». Il restait à vérifier expérimentalement cette hypothèse ; la spectroscopie optique se révèle être une technique adéquate pour sonder cette énergie.
Léquipe de Dirk van der Marel, professeur au Département de physique de la matière quantique de la Faculté des sciences de lUNIGE, sest donc penchée sur la question et les nombreux défis y afférents. « Nous avons mis en place un dispositif expérimental et un protocole permettant de mesurer lénergie de Coulomb. En variant la température et la fréquence de la lumière appliquée à plusieurs échantillons supraconducteurs, nous avons pu observer la manière subtile dont lénergie de Coulomb est influencée par la supraconductivité », explique Dirk van der Marel.
Limportance du dopage chimique
En se basant sur des cuprates supraconducteurs, les physiciens de lUNIGE ont observé quen fonction de leur dopage soit le défaut (ou excès) délectrons , lénergie de Coulomb diminue, mais que dans dautres cas, celle-ci stagne, voire même augmente lors du passage à létat supraconducteur. Lévolution en température de lénergie de Coulomb se révèle liée au dopage de léchantillon : « il existe un dopage critique en dessous duquel le comportement est contraire au scénario de Leggett », ajoute le physicien.
Si ces avancées expérimentales nexpliquent toujours pas la supraconductivité à haute Tc, elles permettent toutefois de progresser dans sa compréhension et dadapter des théories déjà existantes ayant des fondements communs au scénario de Leggett. Elles permettront vraisemblablement détendre la mesure de lénergie de Coulomb à dautres matériaux supraconducteurs, à dautres phénomènes comme le magnétisme, ainsi quà dautres techniques, et donnent des pistes sur le type dexpériences à développer pour avancer dans la compréhension de la supraconductivité et des autres phénomènes quantiques.
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Journal
Physical Review X