Supraconductivité: secouez les électrons corrélés !
Publié par Adrien le 09/04/2019 à 08:00
Source: CEA

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Des physiciens théoriciens de l'IPhT modélisent un système à électrons fortement corrélés soumis à une perturbation périodique. Un modèle qui pourrait mettre sur la voie de matériaux supraconducteurs à température ambiante, sous éclairement laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light amplification by...) femtoseconde...

Dans la plupart des conducteurs de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui...), l'énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. L’énergie cinétique d’un corps est...) des électrons domine largement la répulsion coulombienne entre porteurs de charges électriques de même signe. En revanche, dans les "isolants de Mott", la répulsion colombienne est du même ordre de grandeur que l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) des électrons. Or c'est précisément cette particularité qui permet de faire émerger des propriétés quantiques comme la supraconductivité (La supraconductivité est un phénomène survenant dans certains matériaux dits supraconducteurs. Il est caractérisé par l'absence de résistance électrique et l'annulation du champ magnétique à l'intérieur du matériau (effet...) à haute température critique dans certaines structures cristallines particulières comme les cuprates.

Mais peut-on contrôler rapidement les propriétés électroniques d'un tel matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) sans qu'il s'échauffe ? Il est bien sûr possible de varier la température ou la composition chimique (dopage par impuretés) mais le procédé est lent. Or récemment, une transition supraconductrice, certes de courte durée, a été mise en évidence dans des cuprates, éclairés par un laser femtoseconde (10^-15 s).

Francesco Peronaci, Marco Schiro et Olivier Parcollet, chercheurs à l'IPhT, ont modélisé cet éclairement dans un isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les isolants électriques, les isolants thermiques, les...) de Mott. Pour cela, ils ont adapté un modèle classique de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) de l'état condensé, le modèle de Hubbard, à un état hors d'équilibre et en présence d'une perturbation périodique au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) (laser). Dans le cas de fréquences laser extrêmement élevées, les électrons n'ont pas le temps de s'échauffer. Grâce à leur modèle, les physiciens montrent qu'un système à électrons fortement corrélés, comme un isolant de Mott, ne s'échauffe pas du tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) tant que la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot...) du laser reste inférieure à une valeur finie mais s'échauffe brutalement lorsque la fréquence du laser atteint cette valeur de résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations...).

Les théoriciens espèrent désormais expliquer l'origine de la transition supraconductrice dans les cuprates et comment la rendre durable.

Références

Resonant Thermalization of Periodically Driven Strongly Correlated Electrons, Physical Review Letters.
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