Comprimer au lieu de pressuriser : la supraconductivité dans les nickelates en film mince express
Une plaquette de céramique aussi fine qu'un film de savon, et pourtant un courant la traverse sans la moindre résistance. Voilà à quoi ressemble la supraconductivité obtenue dans les nickelates, ces cousins des célèbres supraconducteurs à base de cuprates. Jusqu'ici, il fallait une pression gigantesque, comparable à celle qui règne au fond des océans. Mais des chercheurs ont trouvé une voie détournée : ils ont fait croître le film sur un substrat cristallin qui le comprime avec une force de 2,14 %. La compression agit comme un étau, forçant les atomes à s'ordonner correctement.
Sous cette compression, le film manifeste la supraconductivité dès 60 kelvins (soit −213 °C), et perd complètement sa résistance à 33 K. Les mesures magnétiques ont confirmé que la couche supraconductrice est bidimensionnelle : le courant circule uniquement dans le plan du film, comme sur une glace infiniment lisse. Mais la plus grande surprise attendait les chercheurs dans la manière dont se déplacent les charges. Dans les cristaux sous pression, le courant est porté par des « trous » — des lacunes chargées positivement laissées par les électrons. Ici, c'est tout l'inverse : les porteurs sont les électrons eux-mêmes. Cette différence fondamentale indique que la compression et la pression, bien qu'elles mènent au même but, agissent sur le matériau de manière différente.
Ainsi, une compression de 2,14 % ouvre une nouvelle dimension pour contrôler la supraconductivité. Au lieu de presser le cristal de toutes parts, il suffit de choisir correctement les « fondations » pour faire croître le film. Et alors, une plaquette de céramique, semblable à un morceau de verre coloré, devient un conducteur sans pertes — un pont vers un monde de technologies économes en énergie.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2608.01295v1
The realization of high-temperature superconductivity in bilayer nickelates under epitaxial compressive strain is widely interpreted as mimicking the effects of high hydrostatic pressure. To test the equivalence of these mechanisms, we investigated a comprehensive strain continuum ranging from compressive (-2.14%) to tensile (+0.91%). Crucially, via ozone-assisted atomic-layer epitaxy, we realized high-temperature superconductivity in as-grown La2PrNi2O7 films on NdAlO3 substrates, which induce the most extreme compressive strain in this material system. Under extreme compression (-2.14%), these films exhibit a Tc_onset of 60 K, zero resistance at 33 K, and a diamagnetic response at 20 K, with magnetotransport measurements confirming a quasi-two-dimensional superconducting nature. Comparing our phase diagram with reported data reveals distinct lattice responses: unlike in pressurized crystals, the superconducting window in epitaxial films diverges significantly in the out-of-plane parameter c (or c/ap ratio) but remains consistent with the bulk regarding the in-plane parameter ap. Crucially, while superconductivity in both systems emerges from the suppression of spin-density waves (SDW), Hall measurements reveal a fundamental electronic dichotomy: optimal superconducting films are intrinsically electron-like (exhibiting a negative Hall coefficient), in stark contrast to the hole-like nature (positive Hall coefficient) of high-pressure bulk crystals and non-superconducting tensile films. Ultimately, both tuning strategies effectively modulate the underlying correlation landscape - the true driver of superconductivity - transcending the constraints of specific Fermi surface topologies. This work establishes a macroscopic platform for probing the multi-orbital physics of nickelates, offering a new dimension for investigating high-temperature superconductivity.
La température de 60 kelvins est plus froide que la surface de Pluton (environ 44 K), mais cette supraconductivité est tout de même considérée comme « haute température », car les supraconducteurs classiques ne fonctionnent qu'au voisinage du zéro absolu (en dessous de 30 K).