Les supraconducteurs non conventionnels peuvent héberger des états électroniques inhabituels, mais comprendre ce qui sous-tend leur supraconductivité devient difficile lorsque différentes formes d’ordre coexistent. Le métal kagome CsV3Sb5 est devenu un exemple particulièrement débattu. Il développe un ordre d’onde de densité de charge vers 94 K avant de devenir supraconducteur vers 2,5 K, mais les expériences ont donné des points de vue contradictoires sur la question de savoir si son gap supraconducteur est conventionnel ou contient des nœuds. Résoudre cette question est important, car savoir comment la supraconductivité se forme peut guider la recherche de meilleurs matériaux supraconducteurs.
Pour relever ce défi, une équipe de recherche dirigée par le professeur associé Shinji Kawasaki, avec le professeur Guo-qing Zheng, du Département de physique de l’Université d’Okayama, au Japon, a étudié CsV3Sb5 en utilisant une contrainte uniaxiale in situ et des mesures de résonance quadrupolaire nucléaire. Des monocristaux de haute qualité ont été étirés selon une direction cristallographique à l’aide d’une cellule de contrainte sur mesure actionnée par effet piézoélectrique, tandis que les chercheurs surveillaient la transition supraconductrice et les propriétés électroniques locales.
L’équipe a constaté que l’étirement du cristal, plutôt que sa compression, augmentait substantiellement la température de transition supraconductrice. À contrainte nulle, la transition commençait vers 3,0 K, tandis qu’une contrainte de traction de +0,90 % la portait à 3,6 K. Fait remarquable, l’onde de densité de charge est restée essentiellement inchangée sous contrainte, montrant que la supraconductivité pouvait être ajustée indépendamment de l’ordre de charge existant dans le matériau. Ce découplage offre aux chercheurs un nouveau moyen d’étudier les deux phénomènes séparément.
Un examen plus attentif de l’état supraconducteur a révélé un résultat encore plus frappant. Sous la contrainte de traction la plus élevée, le matériau a subi deux transitions supraconductrices. La première est survenue à 3,6 K et était associée à un état supraconducteur nodal, tandis qu’une seconde transition est apparue à 3,0 K et montrait un état sans nœud. Ces résultats indiquent que deux états supraconducteurs distincts, quasi dégénérés dans les conditions ambiantes, peuvent se séparer lorsqu’une contrainte est appliquée, ce qui aide à expliquer pourquoi des expériences antérieures ont abouti à des conclusions différentes sur la nature supraconductrice du matériau.
« Depuis des années, différentes mesures de CsV3Sb5 ont pointé vers des états supraconducteurs apparemment différents », déclare le professeur Kawasaki. « Nos résultats montrent que ces états peuvent coexister et que la contrainte uniaxiale peut les séparer, nous offrant un moyen direct d’étudier chaque état. » Les chercheurs ont en outre constaté que la composante nodale non conventionnelle devient beaucoup plus forte sous contrainte de traction, passant d’une contribution relativement faible de 10 % à contrainte nulle à environ 26 % à +0,90 % de contrainte.
« La contrainte nous donne un bouton de commande indépendant dans ce matériau — elle renforce la supraconductivité sans modifier l’onde de densité de charge massive », déclare le professeur Kawasaki. Cette distinction est importante, car la pression hydrostatique modifie la supraconductivité en grande partie par son effet sur l’ordre de charge. Les résultats montrent au contraire que la contrainte uniaxiale peut renforcer sélectivement un canal d’appariement supraconducteur tout en laissant l’état de fond concurrent robuste. Cette approche pourrait donc être utile au-delà de CsV3Sb5, en offrant une stratégie générale pour séparer la supraconductivité des ordres concurrents tels que les ondes de densité de charge ou de spin dans d’autres supraconducteurs non conventionnels, notamment les systèmes à base de fer et les systèmes à fermions lourds.
Dans l’ensemble, l’étude résout un pan important du débat de longue date entourant la supraconductivité dans CsV3Sb5 en apportant des preuves de deux états d’appariement concurrents : un état sans nœud et un état nodal. Bien que CsV3Sb5 lui-même ait une température de transition trop basse pour des applications pratiques, la stratégie expérimentale offre une voie plus large pour comprendre et ajuster les matériaux quantiques. De telles connaissances pourraient à terme soutenir le développement de supraconducteurs à plus haute température pour la transmission d’énergie sans pertes, les aimants médicaux et industriels et les technologies de calcul quantique.
Article : Strain-Tuned Nodal Superconductivity in the Charge-Ordered Kagome Metal CsV3Sb5 – Journal : Physical Review Letters – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Okayama U.
