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Dévoilement de nouvelles propriétés des cuprates supraconducteurs - Par : Luis Felipe Gerlein Reyes,

Dévoilement de nouvelles propriétés des cuprates supraconducteurs


Luis Felipe Gerlein Reyes
Luis Felipe Gerlein Reyes Profil de l'auteur(e)
Luis Felipe Gerlein est étudiant au doctorat à l’ÉTS. Ses recherches portent sur la nanofabrication et la caractérisation de dispositifs optoélectroniques à base de chalcogénures de plomb, de nanostructures à base de carbone et de matériaux pérovskite.
Programme : Génie électrique 

Des physiciens de l’université de Waterloo, en Ontario, au Canada, ont découvert de nouvelles propriétés dans le domaine de la supraconductivité. Ils ont en particulier étudié une structure nommée cuprate, un type de céramique d’oxyde de cuivre. Il contient des anions de cuivre étalés en couches d’atomes bidimensionnelles et couplés à de l’oxygène. Entre chaque couche se trouvent des atomes d’autres matériaux. Certaines familles de cuprates sont considérées comme des supraconducteurs à haute température.

Cuprates

Échantillon de cuprate

La supraconductivité à haute température se manifeste à des températures supérieures à celles requises par les supraconducteurs métalliques classiques. Par exemple, certains métaux deviennent supraconducteurs à des températures inférieures à 30 K (-243,2 °C), tandis que les cuprates le sont à 138 K (-135 °C).

Ces nouvelles découvertes fournissent des données empiriques de ce qu’il est convenu d’appeler l’état électronique nématique des matériaux refroidis. Cet état se produit lorsque le nuage d’électrons de supraconducteurs se répartit et s’oriente en fonction de schémas précis, en bandes ou en damier, qui favorisent le déplacement très rapide des électrons et, donc, la supraconductivité.

Selon le professeur Hawthorn, « ces schémas et ces symétries ont d’importantes conséquences sur la supraconductivité; ils peuvent se concurrencer, coexister et, même, augmenter la supraconductivité ». Il y a plus important encore : cette caractéristique semble courante chez les cuprates supraconducteurs à haute température. Cette découverte pourrait mener à l’explication de la supraconductivité à haute température de certains matériaux.

Des physiciens, travaillant au Centre canadien de rayonnement synchrotron, à Saskatoon, avec une nouvelle technique nommée diffusion par rayons X mous, ont étudié l’influence de la répartition des électrons de certaines couches du cristal de cuprate sur la supraconductivité. C’est dans les couches de dioxyde de cuivre (CuO2) que se produit l’état électronique nématique. Ne se produisent dans les couches intermédiaires que des déformations cristallines.

La propriété de la pneumaticité se réfère à l’effet qui se produit dans les cristaux liquides en présence d’un champ électrique, lequel oriente les électrons dans des directions précises selon l’orientation du champ. On retrouve les cristaux liquides dans les affichages électroniques et, dans la nature, dans de nombreuses protéines et membranes cellulaires. Dans le cas des cuprates, ce sont les orbitales électroniques qui s’alignent, comme une série de tiges, lorsqu’ils sont refroidis en deçà d’un point critique.

Le dopage du cristal est une technique largement employée pour rendre les cuprates supraconducteurs. Le dopage consiste à introduire des atomes étrangers dans le cristal pour augmenter ou pour réduire la quantité d’électrons qui se déplacent. Le sous-dopage des cuprates au strontium, au lanthane ou à l’europium déforme la structure du cristal, ce qui peut soit augmenter, soit réduire la force de l’état nématique. Les auteurs de cette étude ont découvert que la probabilité d’atteindre un état électronique nématique est plus grande pour les cuprates sous-dopés que pour les cuprates dopés aux taux optimaux pour l’obtention de la supraconductité à température élevée.

Bien que nous ne comprenions pas bien encore pour quelles raisons se produit l’état nématique, ces résultats laissent espérer la découverte tant espérée en supraconductivité : un matériau qui conduit l’électricité à la température ambiante, sans pertes ou presque. Cette étude peut aider, dans l’avenir, à comprendre de quelle manière l’état nématique est susceptible de changer par la modification de la structure cristalline d’un matériau.

Cette étude se trouve en ligne.

 

Luis Felipe Gerlein Reyes

Profil de l'auteur(e)

Luis Felipe Gerlein est étudiant au doctorat à l’ÉTS. Ses recherches portent sur la nanofabrication et la caractérisation de dispositifs optoélectroniques à base de chalcogénures de plomb, de nanostructures à base de carbone et de matériaux pérovskite.

Programme : Génie électrique 

Chaire de recherche : Chaire de recherche du Canada sur les matériaux et composants optoélectroniques hybrides 

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