Magnétisme et supraconductivité : une alliance inattendue express
Grâce à la spectroscopie laser — une méthode qu'on peut comparer à l'écoute de l'écho d'un cristal — des physiciens ont étudié un matériau en couches. Ils ont trouvé des zones où les électrons se déplacent librement (les poches de Fermi) et remarqué que chacune se comporte à sa manière.
Autrefois, l'ordre magnétique, où les spins des électrons s'alignent en rang serré, était considéré comme l'ennemi de la supraconductivité : les électrons y auraient du mal à s'apparier. Mais ici, les deux ne font pas que cohabiter : la supraconductivité s'épanouit en plein cœur de la zone magnétisée. Le magnétisme ne gêne pas ; il semble plutôt accompagner la danse des paires d'électrons, tel un professeur strict qui se met soudain à jouer en duo avec ses élèves.
Lors de la transition vers l'état supraconducteur, l'entropie (mesure du désordre) du système chute brutalement — l'ordre progresse. Et voici le rebondissement : dans l'une des couches, la bande interdite (le seuil à franchir pour briser une paire) atteint 42 meV — une valeur anormalement élevée pour un tel matériau. Cette découverte bouleverse les théories élaborées par John Bardeen et Lev Landau, et montre que le modèle standard est trop simple pour décrire la supraconductivité à haute température. L'objectif pratique : des câbles sans pertes.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2606.08643
The intricate relationship between high temperature superconductivity and antiferromagnetic order in cuprates, and the fundamental origin of electron pairing remain open questions. By utilizing high-resolution laser-based spatially-resolved angle-resolved photoemission spectroscopy, we investigate the seven-layer $$Bi_{2}Sr_{2}Ca_{6}Cu_{7}O_{18+\delta}$$ (Bi2267) and identify a cuprate system that consists of multiple hole Fermi pockets. The observed Fermi pockets exhibit pronounced momentum-, temperature- and Fermi surface-dependent energy gaps. Crucially, high temperature superconductivity with a critical temperature ($$T_{\mathrm{c}}$$) of $$\sim$$75 K emerges in a system with multiple Fermi pockets and the presence of strong antiferromagnetic order and correlations. In particular, substantial electron pairing is observed along the Fermi pocket with an energy gap up to $$\sim$$42 meV in lightly-doped CuO$$_{2}$$ planes ($$p\sim$$0.05). These findings challenge the conventional understanding of the roles of the nodal and antinodal electronic states in driving high-temperature superconductivity. They show that superconductivity and antiferromagnetism can coexist in a cuprate with multiple Fermi pockets, offering further insights into the pairing mechanism in cuprate superconductors.
Ce matériau appartient aux cuprates, la première famille de supraconducteurs fonctionnant à la température de l'azote liquide (–196°C). Leur découverte en 1986 a provoqué une sensation comparable à la course à l'espace, déclenchant une avalanche de documentaires.
En science-fiction, les supraconducteurs sont la clé des trains à lévitation et de l'énergie éternelle. La découverte de cette alliance avec le magnétisme rend ces rêves un peu plus réels.