Les fluctuations du spin pourraient être à l'origine de la supraconductivité à base de fer

Une expérience conduite par l'Académie des sciences chinoise et impliquant l'Irig et l'Iramis révèle que les fluctuations de spin dans un supraconducteur à base de fer ont une direction privilégiée, ce qui suggère un mécanisme pour la supraconductivité dans ces matériaux.

Dans les supraconducteurs classiques, le mécanisme qui permet aux électrons de s'apparier (paires de Cooper) et de circuler sans résistance est relativement bien compris. Il en va autrement dans les supraconducteurs non conventionnels à base de fer qui apparaissent comme des oxymores, la supraconductivité rejetant en principe tout champ magnétique de l'échantillon. Dans ces matériaux déroutants, ce serait justement le magnétisme local qui favoriserait l'appariement des électrons de conduction, via l'interaction "spin-orbite" couplant les spins des électrons et des moments magnétiques portés par les atomes de fer.

Pour en savoir plus, des chercheurs ont étudié la dynamique de spin dans le pnicture de fer supraconducteur CaK(Fe_1-xNi_x)₄As₄.

CaK(Fe_1-xNi_x)₄As₄ est un composé bicouche dans lequel des couches d'arséniure de fer et de nickel séparent des couches alternées de calcium et de potassium. L'un des ordres magnétiques de ce matériau est connu sous le nom de cristal de vortex de spin, dans lequel les atomes de fer sont disposés sur un réseau carré avec leurs moments magnétiques pointant vers les centres des carrés.

Grâce au flux de neutrons générés par le Très Grand Instrument de l'Institut Laue-Langevin (Grenoble) et aux instruments que l'Irig exploite dans cet environnement, l'équipe franco-chinoise a sondé, par diffusion de neutrons polarisés, le couplage des spins des électrons avec les moments magnétiques des atomes de fer: ce couplage provoque une agitation des spins qui se mettent en paires pour former l'état supraconducteur et qui s'orientent préférentiellement selon une directio, perpendiculaire aux couches de fer-nickel-arsenic.

Les scientifiques observent également que cette tendance est la plus forte dans le régime supraconducteur mais persiste bien au-delà de la température critique. Lorsque le matériau refroidit jusqu'à sa température critique, ces fluctuations favorisent la supraconductivité en aidant les électrons de conduction à s'apparier.

Des recherches antérieures avaient révélé que d'autres ordres magnétiques des pnictures de fer supraconducteurs présentaient également cette direction préférée de fluctuation de spin. Les chercheurs affirment que cela suggère un mécanisme commun pour la supraconductivité induite par les fluctuations de spin dans ces matériaux, indépendamment de leur état magnétique.

Références:
Preferred spin excitations in the bilayer iron-based superconductor CaK(Fe0.96Ni0.04)4As4 with spin-vortex crystal order, PRL