Supraconductivité dans un cristal qui change de type express
Un supraconducteur est un matériau qui, lorsqu'il est fortement refroidi, perd sa résistance électrique : le courant le traverse sans perte. Des scientifiques ont pris un cristal stratifié de PdTe2, semblable à une pile de feuilles de papier, et l'ont refroidi à une température inférieure à 1,8 kelvin (soit environ -271°C). Dans ces conditions, le PdTe2 devient supraconducteur.
On pensait auparavant que le PdTe2 était un supraconducteur de type I : le champ magnétique en est totalement expulsé, comme l'eau d'une éponge lorsqu'on la presse. Mais de nouvelles expériences sur des cristaux mosaïques (constitués de nombreux fragments légèrement désorientés) ont révélé autre chose. Le champ magnétique pénètre à l'intérieur du matériau sous forme de fins filaments — des vortex. C'est une signature d'un supraconducteur de type II. La transition du type I au type II est probablement due au désordre dans le cristal — de petits défauts et les frontières entre les fragments.
Les mesures de la profondeur de pénétration du champ magnétique ont montré que le gap supraconducteur (l'énergie nécessaire pour briser une paire d'électrons) est identique dans toutes les directions. C'est ce qu'on appelle une symétrie de type onde s — comme une sphère parfaitement ronde, sans aspérités. Ce type de supraconductivité est courant dans les métaux simples, mais ici il coexiste avec une topologie inhabituelle des états électroniques du PdTe2.
Cette découverte fait du PdTe2 une plateforme pratique pour étudier comment la supraconductivité, la topologie et les effets de surface interagissent dans un même matériau. Peut-être qu'en variant le désordre, on pourra créer des matériaux à supraconductivité commutable pour de futurs dispositifs quantiques.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.11047
We report on the microscopic superconducting properties of the Dirac semimetal PdTe2. In this study, we have focused on mosaic crystals of PdTe2, and used detailed zero field and transverse field muon spin relaxation/rotation ($$\mu$$SR), ac-magnetic susceptibility, and resistivity measurements to investigate their superconducting properties. The magnetic susceptibility measurements reveal two superconducting transition temperatures at 1.8 and 1.6~K, respectively, in agreement with earlier reports. In contrary to these reports, we find that these mosaic PdTe2 crystals, are not type-I, but rather type-II superconductors. In fact, we observe the clear manifestation of a flux line lattice through a clear diamagnetic shift and Gaussian broadening of the Fourier spectra in the superconducting state. This behavior is likely caused by the disorder in the mosaic crystals of PdTe2 studied here. Our analysis of the superconducting order parameter by the means of temperature dependent magnetic penetration depth $$\lambda(T)$$ reveals a fully gapped superconducting state that can be well-fitted using an s-wave symmetric gap. We find that PdTe2 is a promising model system for the investigation and interplay of non-trivial topology, surface superconductivity, and type-II bulk superconductivity in a van-der-Waals material. Moreover, our results indicate that the superconductivity in this material can be easily modified from type-I to type-II by disorder in the system.
Le PdTe2 est un supraconducteur, mais sa température critique n'est que de 1,8 K. C'est plus froid que la température du rayonnement fossile de l'Univers (2,7 K), qui est un vestige du Big Bang.