La transition de phase que personne ne remarquait express
La famille des nickelates est constituée de cristaux en couches, semblables à une pile de crêpes : les couches de nickel et d'oxygène alternent avec des intercalaires de lanthane. Il y a deux ans, on y a découvert la supraconductivité — la capacité de conduire le courant sans résistance lorsqu'ils sont refroidis. Mais les données des différents laboratoires variaient tellement qu'on aurait dit que chacun mesurait son propre matériau. Un groupe de chercheurs a décidé de comprendre ce qui se passait.
Ils ont fait croître des monocristaux impeccables de toute la série Laₙ₊₁NiₙO₃ₙ₊₁ et les ont soumis à des dizaines de tests : des rayons X aux mesures magnétiques, de deux degrés au-dessus du zéro absolu à mille degrés Celsius. Et ils ont trouvé ce qui échappait aux autres : à haute température, une autre réorganisation des atomes se produit dans le cristal — non pas celle qui mène à la phase tétragonale, mais une tout autre. On ne l'avait pas remarquée auparavant parce qu'elle se cache derrière une transition plus visible.
Cette transition de phase « silencieuse » explique la disparité des résultats : selon les conditions de synthèse, le cristal peut se trouver d'un côté ou de l'autre de cette frontière invisible. Maintenant que nous la connaissons, il est possible de cultiver des nickelates aux propriétés ciblées — et de se rapprocher de la compréhension de la supraconductivité à haute température.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2606.27040
The discovery of superconductivity at $$15\,\mathrm{K}$$ in the infinite-layer nickelate $$(\mathrm{Nd},\mathrm{Sr})\mathrm{NiO}_2$$, followed by superconductivity at $$80\,\mathrm{K}$$ in the Ruddlesden--Popper phase $$\mathrm{La}_3\mathrm{Ni}_2\mathrm{O}_7$$, has ushered in a new era of nickelate research. Despite this progress, large discrepancies between reports exist. Here, we investigate the complete series of bulk-stable $$\mathrm{La}_{n+1}\mathrm{Ni}_n\mathrm{O}_{3n+1}$$ compounds using a comprehensive set of experimental techniques, including PXRD, single-crystal XRD, electron microscopy, heat capacity, differential scanning calorimetry, magnetic susceptibility, and transport measurements, over a broad temperature range from $$2$$ to $$1000\,\mathrm{K}$$. By studying high-quality single crystals, we identify a previously underappreciated high-temperature phase transition in Ruddlesden--Popper nickelates $$\mathrm{La}_{n+1}\mathrm{Ni}_n\mathrm{O}_{3n+1}$$ distinct from the one going to a tetragonal phase.
La supraconductivité dans les nickelates n'a été découverte qu'en 2019, alors que le premier nickelate a été synthétisé dès les années 1970 — pendant un demi-siècle, personne n'a pensé à le refroidir et à vérifier sa résistance.