Un cristal composé de couches très fines change profondément lorsqu’il est comprimé. À forte pression et presque au zéro absolu, il devient supraconducteur. Le courant peut alors y circuler sans résistance électrique mesurable. Ce changement apparaît précisément lorsque l’organisation magnétique du matériau disparaît, un rapprochement qui intrigue les physiciens.
Le matériau étudié s’appelle CeSiI. À pression normale, il conduit déjà l’électricité et possède un comportement magnétique bien ordonné. Mais il ne devient supraconducteur qu’à une température extrêmement basse. Le maximum mesuré se situe vers -272.9 °C, soit 0.24 K, à seulement 0.24 °C au-dessus du zéro absolu.
L’effet Meissner : une manifestation de la supraconductivité
Image : Peter Nussbaumer - CC BY-SA 3.0
Sa structure ressemble à un empilement de feuillets reliés assez faiblement entre eux. Cette organisation permet d’étudier des comportements proches de ceux des matériaux bidimensionnels. CeSiI appartient aussi à une famille où les interactions entre électrons sont particulièrement fortes. Les électrons mobiles y réagissent aux petits aimants portés par certains atomes.
À pression normale, ces petits aimants s’orientent selon un ordre précis : des voisins pointent dans des directions opposées. On parle d’antiferromagnétisme. En comprimant progressivement le cristal, les chercheurs ont constaté que cet ordre s’affaiblit, puis disparaît autour de 6 GPa. Cette pression correspond à environ 60 000 fois la pression atmosphérique au niveau de la mer.
C’est près de cette disparition de l’antiferromagnétisme que la supraconductivité apparaît. Ce voisinage est intéressant, car il peut renseigner sur la façon dont les électrons s’associent. Dans un supraconducteur ordinaire, cette association dépend principalement des vibrations des atomes du cristal.
Les chercheurs disposent ainsi d’un même matériau où pression, magnétisme et supraconductivité peuvent être réglés ensemble. CeSiI peut notamment être séparé en couches très fines, ce qui permettra d’étudier ces interactions lorsque l’épaisseur diminue. Les prochaines expériences chercheront à déterminer plus précisément quel mécanisme associe les électrons et produit la supraconductivité dans cet environnement magnétique.