Une nouvelle clé de la supraconductivité a été découverte

La formation de nématicité dans FeSe reste une question ouverte majeure pour comprendre la supraconductivité non conventionnelle en présence d’un système nématique.

Le terme « nématicité » est dérivé du mot grec « nema », qui signifie « fil », et est utilisé pour désigner des chaînes conceptuelles telles que des phénomènes physiques coordonnés. Ces dernières années, les physiciens ont adopté le terme « nématicité » pour décrire la transformation coordonnée qui fait que la matière devient supraconductrice.

La nématicité est un terme récemment utilisé par les physiciens pour décrire un changement coordonné qui conduit un matériau dans un état supraconducteur. De fortes interactions électron-électron provoquent un étirement infinitésimal du matériau dans un sens, comme des lèvres microscopiques, permettant aux électrons de circuler librement dans cette direction. Quel genre de réaction résulte de l’étirement a été un grand mystère.

Cette expansion est alimentée dans certains matériaux à base de fer par les atomes qui changent spontanément leur spin magnétique pour pointer dans la même direction. Par conséquent, les scientifiques ont émis l’hypothèse que la transition induite par le spin se produit dans la majorité des supraconducteurs à base de fer.

Des conditions extrêmes peuvent faire passer les matériaux par une « transition nématique » qui déverrouille un nouveau comportement supraconducteur. Ce changement structurel, appelé transition nématique, introduit une nouvelle stratégie pour amener les matériaux dans un état supraconducteur, où les électrons peuvent se déplacer sans résistance.

Les physiciens du MIT ont découvert la clé pour expliquer comment un type de supraconducteur subit une transition nématique, et c’est très différent de ce que de nombreux scientifiques attendaient.

Le séléniure de fer (FeSe), un matériau bidimensionnel dont la température est la plus élevée d’un supraconducteur à base de fer, a fait l’objet de la découverte des chercheurs. Contrairement à la plupart des matériaux supraconducteurs, on dit que ce matériau devient supraconducteur à des températures allant jusqu’à 70 degrés Kelvin, soit environ -300 degrés Fahrenheit.

Le potentiel d’utilisation du matériau dans le monde réel, comme des électroaimants puissants pour des appareils d’IRM plus précis et légers ou des trains rapides à lévitation magnétique, augmente avec la température à laquelle il peut présenter une supraconductivité.

Cependant, les scientifiques doivent déterminer les causes de la transmission des nématodes dans les supraconducteurs à haute température tels que le séléniure de fer. Les scientifiques ont observé que cette inversion se produit dans de nombreux matériaux supraconducteurs à base de fer lorsque des atomes individuels changent soudainement leur spin magnétique dans une direction magnétique coordonnée et préférée.

Des chercheurs du MIT ont découvert que le séléniure de fer est transformé via un processus entièrement nouveau. Au lieu d’un changement coordonné de spins, les atomes de séléniure de fer subissent un changement collectif d’énergie orbitale. Cette distinction ouvre la porte à la découverte de nouveaux supraconducteurs.

« Notre étude réorganise un peu les choses en ce qui concerne le consensus qui a été établi sur ce qui motive les coureurs », a déclaré Riccardo Comin, professeur adjoint de développement de carrière en physique au MIT en 1947. « Il existe de nombreuses voies vers la supraconductivité non conventionnelle. Cela fournit un moyen supplémentaire pour atteindre des états supraconducteurs.

Cet étirement semble être causé par des atomes qui modifient spontanément leur spin magnétique pour pointer dans la même direction dans certains matériaux à base de fer. D’autre part, le séléniure de fer semble défier cette tendance car il passe à un état supraconducteur à la température la plus élevée de tout matériau à base de fer.

Sanchez, chercheur postdoctoral au MIT et boursier NSF MPS-Ascend, a déclaré : « Le séléniure de fer a l’histoire la moins simple de tous ces matériaux. Dans ce cas, il n’y a pas d’ordre magnétique. Donc, comprendre l’origine de la filamentation nécessite d’examiner très attentivement la façon dont les électrons eux-mêmes sont disposés autour des atomes de fer et ce qui se passe lorsque ceux-ci les atomes sont étirés.

Dans leurs nouvelles recherches, les scientifiques ont utilisé des morceaux de séléniure de fer ultra-minces d’un millimètre de long qui étaient attachés à une fine bande de titane. Des échantillons de séléniure de fer ont été étirés en étirant physiquement une barre de titane.

Ils ont recherché des traits qui changeaient de manière coordonnée lorsqu’ils étiraient les échantillons d’une fraction de micron à la fois. Les scientifiques ont surveillé le mouvement et le comportement des électrons dans chaque atome de chaque échantillon à l’aide de rayons X ultra-brillants. Ils ont observé un déplacement distinct et coordonné des orbites des atomes après un certain point.

Les niveaux d’énergie que les électrons d’un atome peuvent occuper sont appelés orbitales atomiques. Les électrons peuvent occuper l’un des deux états orbitaux autour d’un atome de fer dans le séléniure de fer. La décision du pays dans lequel vous résidez est généralement aléatoire. Mais alors qu’ils étiraient le séléniure de fer, l’équipe a découvert que ses électrons favorisaient massivement un état orbital par rapport à l’autre. Cela indique une transition distincte et coordonnée, un nouveau processus et un processus supraconducteur.

Selon la nouvelle étude, plusieurs physiques sous-jacentes régissent le spin par rapport aux nématodes orbitaux, et un continuum matériel se situe entre les deux. Lors de la recherche de nouveaux supraconducteurs, il sera crucial de connaître votre place dans ce paysage.

La National Science Foundation, l’Air Force Office of Scientific Research et le Department of Energy ont financé cette étude.

Référence de la revue :

1. O’Chillini, Californie ; Sanchez, et al. Polarisation orbitale spontanée dans la phase nématique de FeSe. matériaux naturels. EST CE QUE JE: 10.1038 / s41563-023-01585-2