Un ordre magnétique caché révélé dans un supraconducteur à haute température

Publié par Redbran le 22/12/2020 à 13:00
Source: CNRS INP
Les cuprates sont des matériaux complexes qui présentent des propriétés électroniques et magnétiques très étudiées pour comprendre les mécanismes de la supraconductivité à haute température. En utilisant des champs magnétiques très intenses pour révéler les propriétés magnétiques tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en supprimant la supraconductivité (La supraconductivité (ou supraconduction) est un phénomène caractérisé par...), les chercheurs mettent ici au jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) un lien entre le magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces...) particulier de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) isolante et la phase dite de pseudogap, une phase métallique emblématique des cuprates et qui reste énigmatique.


Diagramme de phase (T, p) (température - dopage) de La2-xSrxCuO4. Le dopage p est défini comme le rapport entre le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de trous induits par le dopage et le nombre d'atomes de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...). A gauche en champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) nul (B = 0): la phase de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) antiferromagnétique (verre AFM) reste confinée au régime peu dopé. A droite avec un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique suffisamment intense pour supprimer la supraconductivité (B = 80 T), la phase de verre AFM s'étend alors jusqu'au dopage critique p* où la phase de pseudogap disparait.

Dans les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) supraconducteurs, le courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...) circule sans dissipation, c'est-à-dire sans consommer d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...), ce qui les rend extrêmement attractifs pour beaucoup d'applications. Malheureusement, cette propriété n'existe qu'à basse température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ou à haute pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) et de très nombreuses recherches visent à comprendre pour quels matériaux elle pourrait être stabilisée dans les conditions ambiantes ordinaires.

Parmi les matériaux les plus prometteurs, les cuprates, à base d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins...) de cuivre, ont la température critique, c'est-à-dire la température au-dessous de laquelle ils sont supraconducteurs, la plus haute connue à ce jour (jusqu'à 150 K pour certains cuprates) dans les conditions ambiantes de pression. Ils ont aussi des propriétés électroniques hors du commun caractérisées par plusieurs phases, dont la phase supraconductrice. Quand ils sont non dopés, les cuprates présentent aussi une phase isolante antiferromagnétique ordonnée, gouvernée par des interactions fortes entre électrons et pour laquelle l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) des spins électroniques est alternée d'un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) de cuivre à son voisin. Quand ils sont légèrement dopés avec des charges positives (trous), cet ordre se dégrade, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) une sorte de verre antiferromagnétique.

Une phase métallique dite phase de pseudogap existe également, jusqu'à une valeur de dopage limite (figure). La nature de cette phase de pseudogap de même que les liens existant entre les différentes phases sont pour une grande part inconnus alors qu'ils sont probablement une des clés pour comprendre les propriétés supraconductrices à haute température.

Dans ce travail, une collaboration internationale[1] menée par des chercheurs du Laboratoire national des champs magnétiques intenses (LNCMI, CNRS) a placé des échantillons du cuprate La2-xSrxCuO4 dans des champs magnétiques très intenses (jusqu'à 80 T) pour supprimer la phase supraconductrice autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du dopage marquant la limite d'existence de la phase de pseudogap (égal à 19%). En combinant des mesures de résonance magnétique nucléaire (La résonance magnétique nucléaire (RMN), aussi dénommée par son...) et de vitesse (On distingue :) du son, ils ont montré que la phase de verre antiferromagnétique s'étendait alors jusqu'à cette valeur limite de 19% (figure).

Ces résultats révèlent ainsi un lien entre la phase antiferromagnétique et la phase de pseudogap, ce qui suggère fortement que les propriétés de cette dernière prennent racine dans la phase isolante du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) et qu'elles sont donc aussi gouvernées par les interactions fortes entre électrons. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Physics. Ils apportent une nouvelle pierre à la compréhension des cuprates supraconducteurs qui présentent un des défis intellectuels les plus exaltants de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) du solide moderne.

Note:
[1] En collaboration avec l'institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Néel (CNRS) et des laboratoires chinois, américain, japonais et suisse.


Référence:
Hidden magnetism at the pseudogap critical point (Graphie) of a cuprate superconductor.
M. Frachet, I. Vinograd, R. Zhou, S. Benhabib, S. Wu, H. Mayaffre, S. Krämer, S. K. Ramakrishna, A. P. Reyes, J. Debray, T. Kurosawa, N. Momono, M. Oda, S. Komiya, S. Ono (Ono est une localité du sud-est de la Côte d'Ivoire et appartenant au département de...), M. Horio, J. Chang, C. Proust, D. LeBoeuf et M.-H. Julien,
Nature Physics, le 06 juillet 2020.
DOI: 10.1038/s41567-020-0950-5
Article disponible sur les bases d'archives ouvertes HAL et ArXiv.
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