Les paires d’électrons sont stables même au-dessus de la température supraconductrice

Les paires d’électrons sont stables même au-dessus de la température supraconductrice
Les paires d’électrons sont stables même au-dessus de la température supraconductrice

Les chercheurs ont appris que les paires d’électrons peuvent rester ensemble même lorsque l’état supraconducteur est en panne. Ils ont détecté l’occurrence dans le nitrure de titane jusqu’à deux fois la température critique.

Crédit d’image: SRON – Institut néerlandais de recherche spatiale

Dans les supraconducteurs standard, les paires d’électrons et la supraconductivité vont de pair. Le nitrure de titane est utilisé pour ses caractéristiques supraconductrices dans l’exploration spatiale pour trouver des exoplanètes. Les détails de la recherche peuvent être trouvés dans le 29 octobree numéro de la revue Science.

Le mécanisme précis qui sous-tend la supraconductivité est l’un des mystères de longue date de la physique. Une théorie explique pourquoi certains matériaux deviennent supraconducteurs : après avoir été refroidis en dessous de leur température de transition, les électrons du matériau s’apparient pour former des paires de Cooper. Ces paires de Cooper se condensent en un liquide quantique qui s’écoule facilement, sans conflit, à travers le cristal, provoquant une supraconductivité.

Jusqu’à présent, les physiciens croyaient que la formation de paires de Cooper et la condensation dans l’état sans résistance est un processus combiné qui se produit instantanément.

C’est ce que nous avons tous appris dans les manuels », explique le physicien de Leiden Koen Bastiaans, auteur principal de l’étude.

Vient maintenant la grande révélation. Bastiaans et ses collègues ont découvert que les paires de Cooper pourraient continuer à exister au-dessus de la température de transition supraconductrice, développant un nouvel état liquide quantique déroutant.

Cela signifie que la formation de paires de Cooper n’est pas le même processus que la condensation elle-même. Pour moi, cela a complètement changé ma perception de la supraconductivité.

Koen M. Bastiaans, auteur principal de l’étude et physicien, Leiden Institute of Physics

L’étude a commencé par un partenariat étroit avec l’Université de technologie de Delft et l’Institut néerlandais de recherche spatiale SRON, en se concentrant sur le nitrure de titane supraconducteur, qui est également utilisé dans les détecteurs optiques sensibles pour l’exploration spatiale.

Les physiciens ont utilisé une nouvelle méthode connue sous le nom de Scanning Tunneling Noise Spectroscopy qui quantifie le bruit électrique dans le matériau. Le bruit est différent pour les paires que pour les électrons individuels.

C’est un peu comme écouter des gouttes de pluie tomber sur le toit. Lorsque les gouttes grossissent, le bruit de tambour de la pluie change.

Koen M. Bastiaans, auteur principal de l’étude et physicien, Leiden Institute of Physics

Alors que la supraconductivité disparaît à 2,95 Kelvin (degrés au-dessus du zéro absolu), les paires de Cooper restent autour jusqu’à ce que la température atteigne environ 7,2 Kelvin.

Vous pouvez donc avoir des paires de Cooper sans condensation ni supraconductivité. Il y avait eu des indices que cela était possible, mais jamais une preuve irréfutable. Les paires de Cooper que nous avons trouvées forment un nouveau type de liquide quantique.

Koen M. Bastiaans, auteur principal de l’étude et physicien, Leiden Institute of Physics

Des chercheurs du SRON, dont Pieter de Visser, utilisent du nitrure de titane pour formuler une procédure de détection pour l’instrumentation spatiale – les détecteurs d’inductance cinétique micro-ondes (MKID). Ces détecteurs supraconducteurs peuvent quantifier l’énergie de photons spécifiques provenant d’exoplanètes.

Pour améliorer le mécanisme de détection, ils doivent comprendre la physique qui le sous-tend. Par conséquent, ils ont collaboré avec le groupe de Bastiaans et ont contribué en offrant les échantillons de nitrure de titane.

Nous montrons que le développement technologique et la science fondamentale vont de pair. Alors que nous essayons de comprendre la science derrière une technique d’observation pour l’astronomie, cela peut conduire à une physique fondamentalement nouvelle.

Pieter de Visser, chercheur, Institut néerlandais de recherche spatiale SRON

Référence de la revue :

Bastiaans, KM, et al. (2021) Preuve directe de l’appariement de Cooper sans espace spectral dans un supraconducteur désordonné au-dessus de Tc. Science. doi.org/10.1126/science.abe3987.

Source : https://www.sron.nl

 
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