Supraconductivité: après le scénario, la mise en scène

Publié par Adrien le 25/08/2016 à 12:00
Source: UNIGE - Université de Genève
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La supraconductivité à haute température critique (haute Tc) reste pour l'heure un mystère théorique. Si ce phénomène est observé expérimentalement, aucun scientifique n'est encore parvenu à expliquer son mécanisme. Dans les années 90, le Britannique Anthony Leggett (Sir Anthony James Leggett (26 mars 1938) est un physicien américano-britannique...) a proposé un scénario reposant sur l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) de Coulomb. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE), en collaboration avec Leggett et son équipe, se sont appliqués à mettre à l'épreuve ce scénario. Leurs résultats remettent en question la conjecture (En mathématiques, une conjecture est une assertion qui a été proposée comme vraie, mais que...) de Leggett, ouvrant ainsi de nouvelles pistes d'explication de la supraconductivité (La supraconductivité (ou supraconduction) est un phénomène caractérisé par...) à haute Tc. Des résultats à lire dans la revue Physical Review X.


Une manifestation de la supraconductivité:
lévitation observée dans un état de supraconductivité "froide" (effet Meissner)

La supraconductivité est au coeur d'intensives recherches en physique, en raison notamment de ses remarquables caractéristiques électroniques, comme l'absence de résistance électrique. Ses propriétés font d'elle un élément indispensable pour les milieux hospitaliers, ainsi que pour le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) et le stockage d'énergie.

A la fin des années 90, le professeur Leggett de l'Université d'Illinois a présenté un scénario suggérant un mécanisme contrôlant la supraconductivité à haute Tc des cuprates, des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) à base de cuivre et d'oxygène. Dans son scénario, la transition du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) dans l'état supraconducteur est une conséquence directe d'une diminution de cette partie de l'énergie de Coulomb qui est associée à de longues longueurs d'ondes et des fréquences "moyen infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...)". Il restait à vérifier expérimentalement cette hypothèse ; la spectroscopie optique se révèle être une technique adéquate pour sonder cette énergie.

L'équipe de Dirk van der Marel, professeur au Département de physique de la matière quantique de la Faculté des sciences de l'UNIGE, s'est 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 l'énergie de Coulomb. En variant la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) et la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) appliquée à plusieurs échantillons supraconducteurs, nous avons pu observer la manière subtile dont l'énergie de Coulomb est influencée par la supraconductivité", explique Dirk van der Marel.

L'importance du dopage chimique

En se basant sur des cuprates supraconducteurs, les physiciens de l'UNIGE ont observé qu'en fonction de leur dopage - soit le défaut (ou excès) d'électrons -, l'énergie de Coulomb diminue, mais que dans d'autres cas, celle-ci stagne, voire même augmente lors du passage à l'état supraconducteur. L'évolution en température de l'énergie de Coulomb se révèle liée au dopage de l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...): "il existe un dopage critique en dessous duquel le comportement est contraire au scénario de Leggett", ajoute le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...).

Si ces avancées expérimentales n'expliquent toujours pas la supraconductivité à haute Tc, elles permettent toutefois de progresser dans sa compréhension et d'adapter des théories déjà existantes ayant des fondements communs au scénario de Leggett. Elles permettront vraisemblablement d'étendre la mesure de l'énergie de Coulomb à d'autres matériaux supraconducteurs, à d'autres phénomènes comme le magnétisme, ainsi qu'à d'autres techniques, et donnent des pistes sur le type d'expériences à développer pour avancer dans la compréhension de la supraconductivité et des autres phénomènes quantiques.
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