Des impulsions magnétiques génèrent la supraconductivité dans les nickelates express
Le courant sans pertes — le rêve de l'énergie. Certains matériaux deviennent supraconducteurs, mais généralement seulement à des températures extrêmement basses. Récemment, dans la famille des nickelates — des composés à base de nickel — on a découvert des candidats qui fonctionnent à des températures plus élevées. Un groupe de théoriciens a pris trois de ces substances (avec du lanthane, du praséodyme et du néodyme) et a calculé leur comportement « à partir de zéro », sans ajustement à l'expérience.
Le calcul a révélé un tableau inattendu. Dans ces cristaux, les électrons forment des paires non pas grâce aux vibrations thermiques du réseau atomique, comme dans les supraconducteurs classiques. À la place, c'est une excitation magnétique collective qui opère — les fluctuations de spin. Elles ressemblent à une vague qui déferle sur la rangée de spins électroniques et les fait bouger en synchronie. Si l'on « désactive » ce mécanisme dans le modèle, la supraconductivité disparaît : la température critique chute à 0,01 kelvin — plus froid que dans l'espace interstellaire.
Le résultat principal — la forme prédite de la bande interdite supraconductrice. Elle ressemble à une fleur à quatre pétales : dans certaines directions, l'énergie de liaison des électrons est maximale, dans d'autres, elle tombe à zéro. Ce motif provient des pics de réponse du liquide électronique aux angles de la zone de Brillouin — une sorte de carte des états permis de l'électron dans le cristal. Les calculs concordent bien avec les expériences déjà existantes, et les prédictions détaillées pour la microscopie à effet tunnel attendent d'être vérifiées en laboratoire.
La danse magnétique des électrons, et non le tremblement des atomes, ouvre la voie à la supraconductivité dans les nickelates. Cela change la vision de toute une classe de matériaux.
La température critique d'un supraconducteur sans fluctuations de spin — 0,01 K — est proche de la température la plus basse jamais obtenue en laboratoire (environ 100 picokelvins).
Dans le roman « Blindsight » de Peter Watts, les vaisseaux extraterrestres utilisent des circuits supraconducteurs pour contrôler les champs magnétiques sans perte d'énergie — un peu comme les fluctuations de spin contrôlent les électrons dans les nickelates.