Utiliser des températures ultra basses pour comprendre la supraconductivité à haute température


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Structure cristalline du supraconducteur « métal étrange » YbRh2Si2 et une vue du cryostat utilisé pour les mesures. Crédit : Université de technologie de Vienne

Une découverte surprenante à l’Université de technologie de Vienne pourrait aider à résoudre l’énigme de la à : un célèbre « métal étrange » s’est avéré être un supraconducteur.

Certains matériaux perdent leur résistance électrique à basse température et conduisent l’électricité sans perte – ce phénomène de supraconductivité est connu depuis 1911, mais n’est pas encore totalement compris. Et c’est bien dommage, car trouver un matériau ayant encore des propriétés supraconductrices même à haute température déclencherait probablement une révolution technologique.

Une découverte à la TU Wien (Vienne) pourrait être un pas important dans cette direction : une équipe de physiciens du solide a examiné un matériau inhabituel – un soi-disant « métal étrange » composé d’ytterbium, de rhodium et de silicium. Les métaux étranges montrent une relation inhabituelle entre la résistance électrique et la température. Avec ce matériau, cette relation est montrée dans une plage de température particulièrement large et le mécanisme sous-jacent est connu. Contrairement aux hypothèses précédentes, il s’avère maintenant que ce matériau est aussi un supraconducteur et que la supraconductivité est étroitement liée au comportement étrange des métaux. Cela pourrait également être la clé pour comprendre la supraconductivité à haute température dans d’autres classes de matériaux.

Métal étrange : relation linéaire entre résistance et température

Dans le cas des métaux communs, la résistance électrique augmente avec le carré de la température à basse température. Cependant, avec certains supraconducteurs à haute température, la situation est complètement différente : à basse température, en dessous de la température dite de transition supraconductrice, ils ne présentent aucune résistance électrique, au-dessus de cette température, la résistance augmente linéairement au lieu de quadratiquement avec la température. C’est ce qui définit les « métaux étranges ».

« C’est pourquoi on a déjà supposé ces dernières années que cette relation linéaire entre la résistance et la température était d’une grande importance pour la supraconductivité », explique le professeur Silke Bühler-Paschen, qui dirige le domaine de recherche « Matériaux quantiques » à l’Institute for Solid. État de physique à la TU Wien . « Mais malheureusement, nous ne connaissions aucun matériau approprié pour étudier cela en détail. » Dans le cas des supraconducteurs à haute température, la relation linéaire entre la température et la résistance ne peut généralement être démontrée que dans une plage de température relativement petite, et divers effets qui se produisent inévitablement à des températures plus élevées peuvent influencer cette relation de manière compliquée.

De nombreuses expériences ont déjà été réalisées avec un matériau exotique (YbRh2Si2) qui présente un comportement métallique étrange sur une plage de températures extrêmement large – mais étonnamment, aucune supraconductivité ne semble résulter de cet état extrême de « métal étrange ». « Des considérations théoriques ont déjà été faites sur les raisons pour lesquelles la supraconductivité n’est tout simplement pas possible ici », explique Silke Bühler-Paschen. « Néanmoins, nous avons décidé de revoir ce matériel. »

Enregistrez les températures

Un laboratoire basse température particulièrement performant est disponible à l’Université de Technologie de Vienne. « Là, nous pouvons étudier les matériaux dans des conditions plus extrêmes que cela n’était possible auparavant pour d’autres groupes de recherche », explique Silke Bühler-Paschen. Tout d’abord, l’équipe a pu montrer que la relation linéaire entre la résistance et la température dans l’YbRh2Si2 existe dans une plage de température encore plus large qu’on ne le supposait auparavant – puis elle a fait la découverte décisive : à des températures extrêmement basses de seulement un millikelvin, l’étrange métal se transforme en un supraconducteur.

« Cela rend notre matériau idéal pour découvrir comment le comportement étrange du métal conduit à la supraconductivité », explique Silke Bühler-Paschen.

Paradoxalement, le fait que le matériau ne devienne supraconducteur qu’à très basse température permet d’étudier particulièrement bien avec lui la supraconductivité à haute température : « Les mécanismes qui conduisent à la supraconductivité sont particulièrement visibles à ces températures extrêmement basses, car ils ne sont pas « superposés ». par d’autres effets dans ce régime. Dans notre matériau, il s’agit de la localisation d’une partie des électrons de conduction en un point critique quantique. Il y a des indications qu’un mécanisme similaire est également utilisé pour le comportement des supraconducteurs à haute température tels que le célèbre cuprate », explique Silke Bühler-Paschen.


Vérification des effets de la pression sur les supraconducteurs haute température à base de fer


Plus d’information:
DH Nguyen et al., La supraconductivité dans un métal extrêmement étrange, Communication nature (2021). DOI : 10.1038 / s41467-021-24670-z

Fourni par l’Université de technologie de Vienne

citation: Using ultra-low temperature to Understanding Hoch Temperatur-Superconductung (2021, 21 juillet), consulté le 25 juillet 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-07-ultra-low-Temperatures-high-temperature- supraconductivité.html

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