Un film de séléniure de fer témoigne de la supraconductivité


Un film de séléniure de fer témoigne de la supraconductivité

Fig. 1 : Caractérisation ARPES avec photons polarisés. a Les zones de Brillouin (BZ) 2-Fe (carré rouge) et 1-Fe (carré bleu) et le croquis des surfaces de Fermi (ellipses bleues et rouges) de la monocouche FeSe / STO26. Les lignes vertes sont les deux coupes pour l’ARPES dans les figures 1 à 4. b Géométrie expérimentale pour l’ARPES dépendant de la polarisation linéaire, où p (s) indique que le électrique du photon incident est parallèle (perpendiculaire) au plan d’émission défini par la fente de l’analyseur. c, d Représentation schématique de la structure de bande et des propriétés orbitales de FeSe / STO monocouche aux points Γ et M, respectivement, déterminées par cette étude ARPES et conformément aux références 26,27. Ici, nous utilisons le même système de coordonnées qu’en b pour définir les orbitales d, c’est-à-dire x et y le long des directions Fe-Fe les plus proches. Cartes de photoémission le long de la section n°1 avec des photons de 24 eV en polarisation p (e) et en polarisation s (f). Les courbes pleines et en pointillés montrent les bandes principales et de réplication avec des intervalles de ~ 90 meV. La flèche blanche indique l’autre ensemble de bandes de répliques à ~ 60 meV en dessous de la bande principale. La flèche jaune montre le moment de Fermi de la bande δ1, où un écart supraconducteur est ouvert. Crédit photo : DOI : 10.1038 / s41467-021-24783-5

En examinant des films bidimensionnels de séléniure de fer (FeSe), une équipe de recherche a trouvé des indices fascinants sur la supraconductivité.

Les supraconducteurs – des matériaux capables de transporter des électrons sans résistance – sont un phénomène quantique avec de nombreuses applications. Ils fascinent les physiciens et les ingénieurs depuis leur découverte il y a plus de 100 ans, mais les mécanismes des supraconducteurs modernes ne sont toujours pas entièrement compris et restent l’un des domaines de recherche les plus actifs pour les matériaux quantiques.

Depuis sa découverte en 2012, le FeSe sous sa forme monocouche de trois atomes d’épaisseur a suscité beaucoup d’attention de la part des chercheurs en raison de ses propriétés supraconductrices inhabituelles. Sous forme massive, il devient un supraconducteur à 8 Kelvin ou -265 Celsius. En tant que monocouche, cependant, il commence à devenir supraconducteur à environ 70 Kelvin ou 203 degrés en dessous de zéro – toujours très froid, mais dans la bonne direction. En collaboration avec l’Université de la Colombie-Britannique, des chercheurs de Yale ont mis en lumière le comportement des électrons dans ce système, ce qui pourrait s’avérer être la clé pour comprendre la supraconductivité elle-même. Les résultats sont publiés dans Communication nature.

Les chercheurs de Yale Charles Ahn, Fred Walker, Juan Jiang et Sangjae Lee ont travaillé avec des chercheurs de l’Université de la Colombie-Britannique sous la direction de Ke Zou, professeur adjoint (et ancien postdoctorant à Yale).

En utilisant l’une des sources de lumière synchrotron les plus avancées au monde, hébergée au Quantum Materials Spectroscopy Center de l’Université de la Colombie-Britannique, les chercheurs ont pu examiner de près la structure électronique du matériau. Les auteurs peuvent montrer qu’il existe un certain nombre d’états électroniques, appelés bandes de répliques, qui sont modifiés par le couplage électron-phonon. Ceux-ci peuvent être attribués aux orbitales électroniques des atomes dans la monocouche. La qualité du matériau et la sensibilité des mesures ont permis pour la première fois aux chercheurs d’analyser quantitativement ces effets. Ils ont découvert que l’intensité de ces bandes de répliques ne peut pas être expliquée de manière satisfaisante par les théories existantes de la supraconductivité. La découverte jette un nouvel éclairage sur cet important système, mais des études supplémentaires sont nécessaires pour déchiffrer pleinement l’origine de l’amélioration de la supraconductivité.

« Il s’agit d’une découverte récente qui capitalise sur les progrès récents des installations spectroscopiques à grande échelle », a déclaré Ahn, professeur John C. Malone de appliquée, de génie mécanique et de science et physique des matériaux. « Les résultats testent plusieurs théories, bien que nous n’ayons toujours pas de réponse définitive. Cette expérience fournit une autre pièce du puzzle. »

Un inconvénient des supraconducteurs utilisés dans le commerce – par exemple des aimants pour les IRM – est qu’ils nécessitent de l’hélium liquide, qui est très coûteux, pour les refroidir à des températures suffisamment basses. La découverte par l’équipe de recherche est une étape pour changer cela.

« L’une des choses vraiment passionnantes dans ce domaine en ce moment est la capacité d’amener un supraconducteur à température ambiante », a déclaré Walker, chercheur principal en physique appliquée. « Et comprendre les mécanismes de la supraconductivité à ce niveau détaillé semble être un moyen passionnant d’y parvenir. »


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


Plus d’information:
Chong Liu et al., Bandes de répliques d’ordre élevé dans la monocouche FeSe / SrTiO3 détectées par spectroscopie de photoémission dépendante de la polarisation, Communication nature (2021). DOI : 10.1038 / s41467-021-24783-5

Fourni par la Yale School of Engineering and Applied Science

Citation: Un de séléniure de fer révèle des preuves de supraconductivité (2021, 3 décembre), consulté le 5 décembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-12-iron-selenide-reveals-clues-superconductivity.html

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