La supraconductivité enfin au rendez-vous dans le cuprate le plus simple express
Un sandwich où, au lieu du pain, on trouve des couches d'oxyde de cuivre, et entre elles, une fine couche d'ions strontium. C'est le cuprate à couches infinies, la variante la plus simple de la céramique supraconductrice, imaginée il y a près de 40 ans. Il possède tout ce qu'il faut pour la supraconductivité : des réseaux carrés bien réguliers de cuivre et d'oxygène, séparés par des atomes qui jouent le rôle d'entretoises. Mais le faire conduire le courant sans résistance, en y ajoutant des trous libres (des charges positives mobiles), restait un défi — comme s'il manquait une sauce à ce sandwich.
Aujourd'hui, cette sauce est trouvée. Dans un film cristallin mince de Sr1-xRbxCuO2, une partie du strontium a été remplacée par du rubidium, et par-dessus les carrés de cuivre, on a soigneusement déposé des atomes d'oxygène supplémentaires. Ensemble, ils ont créé le nombre de trous nécessaire — sans eux, la supraconductivité ne démarre pas. Les mesures de résistance montrent qu'à 100 kelvins, soit environ -173 degrés Celsius, le film perd sa résistance. C'est 27 degrés de plus que l'azote liquide, souvent utilisé pour refroidir les supraconducteurs lors des démonstrations.
Le film réagit au champ magnétique exactement comme un supraconducteur doit le faire : le champ est expulsé, et s'il devient trop intense, il détruit l'état supraconducteur. C'est la première confirmation solide que la supraconductivité par trous est possible dans le cuprate à couches infinies. Les physiciens disposent maintenant d'un terrain d'essai propre : sur cette structure simple, on peut vérifier d'anciennes hypothèses — du métal étrange à la symétrie entre électrons et trous. Et même jeter un œil aux nickelates apparentés, où l'on a récemment aussi découvert la supraconductivité.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2605.29352
Since the discovery of superconductivity in (La,Ba)2CuO2 (Ref.~\cite{bednorz1986possible}), a broad family of structurally distinct cuprate superconductors has been proposed or engineered to elucidate the physics of high-temperature superconductivity~\cite{chu2015hole,plakida2010high}. Among them, the infinite-layer cuprate has the simplest structure, consisting only of the essential ingredients for superconductivity: CuO$$_2$$ square planes separated by spacer ions~\cite{siegrist1988parent}. Despite being proposed nearly 40 years ago, the hole-doped superconductivity via chemical substitution in this compound has not yet been achieved, a fundamental open question in the field. Here, we report the observation of superconductivity in the hole-doped infinite-layer cuprate thin film. Measurements of resistivity and magnetic-field response in Sr1-xRbxCuO2 single-crystal thin films show superconducting transitions with a high onset temperature of 100 K. Hole doping is achieved via the synergistic effect of rubidium substitution and apical oxygen incorporation, as evidenced by structural analysis and transport measurements. As the parent structure of the cuprate family~\cite{chu2015hole}, hole-doped infinite-layer cuprate provides a unique platform for revisiting key puzzles in cuprate superconductors~\cite{keimer2015quantum,tsuei2000pairing,armitage2010progress,dagotto1994correlated}, including strange metal~\cite{proust2019remarkable,taillefer2010scattering} and electron-hole symmetry~\cite{tohyama2004asymmetry,segawa2010zero,lee2014asymmetry}, while bridging to cuprate-nickelate symmetry~\cite{li2019superconductivity,zeng2022superconductivity,chow2025bulk,lechermann2020late}.
Le rubidium, qui a aidé à déclencher la supraconductivité, est un métal mou qui fond à la chaleur de la paume. Dans le film, il se loge dans le réseau cristallin et se comporte tout autrement — comme une brique immobile qui a cédé un électron.
Dans le roman « Blindsight » de Peter Watts, les supraconducteurs sont nécessaires au fonctionnement d'un vaisseau extraterrestre, mais là-bas, ils fonctionnent à température ambiante — un rêve encore inaccessible.