Les supraconducteurs sont des matériaux qui peuvent conduire l’électricité sans résistance, généralement seulement à très basse température. La plupart des supraconducteurs se comportent selon des règles bien établies, mais le ruthenate de strontium, Sr₂RuO₄, défie une compréhension claire depuis que ses propriétés supraconductrices ont été découvertes en 1994. Il est considéré comme l’un des supraconducteurs non conventionnels les plus purs et les mieux étudiés, mais les scientifiques débattent encore de la structure précise et de la symétrie de l’appariement des électrons qui donne naissance à ses propriétés remarquables.
Une méthode puissante pour identifier l’état supraconducteur sous-jacent est de mesurer comment la température de transition supraconductrice, ou Tc, change sous contrainte, car différents états supraconducteurs répondent différemment lorsqu’un cristal est étiré, comprimé ou tordu. De nombreuses expériences antérieures, notamment des études aux ultrasons, suggéraient que Sr₂RuO₄ pourrait héberger un état supraconducteur à deux composantes, une forme plus complexe de supraconductivité qui peut soutenir des comportements exotiques tels que des champs magnétiques internes ou de multiples domaines supraconducteurs coexistants. Mais un véritable état à deux composantes est censé répondre fortement à la contrainte de cisaillement.
Cela a inspiré une équipe de chercheurs de l’Université de Kyoto à utiliser la contrainte pour comprendre la vraie nature de l’état supraconducteur de Sr₂RuO₄. Les chercheurs ont développé une technique qui leur a permis d’appliquer trois types distincts de contrainte de cisaillement à des cristaux de Sr₂RuO₄ extrêmement minces. La contrainte de cisaillement est un type de distorsion qui déplace une partie du cristal latéralement, similaire au glissement du haut d’un jeu de cartes par rapport au bas. Les niveaux de contrainte ont été soigneusement mesurés à l’aide d’imagerie optique haute résolution jusqu’à 30 degrés K (−243 degrés C). La découverte clé : la température supraconductrice n’a pratiquement pas changé. Tout décalage de Tc était inférieur à 10 millikelvins par pour cent de contrainte, effectivement en dessous de la limite de détection.
Ces résultats montrent que la contrainte de cisaillement n’a pratiquement aucun effet sur la température à laquelle Sr₂RuO₄ devient supraconducteur, éliminant plusieurs théories proposées et fixant des limites strictes sur les types d’états supraconducteurs encore possibles. Les résultats pointent plutôt vers un état supraconducteur à une composante, ou peut-être encore plus inhabituel, des états supraconducteurs encore inexplorés qui se comportent différemment des attentes théoriques conventionnelles.
« Notre étude représente un pas majeur vers la résolution de l’un des plus anciens mystères de la physique de la matière condensée », déclare le premier auteur Giordano Mattoni, du centre de recherche Toyota Riken – Université de Kyoto.
Cette étude resserre la recherche de l’explication correcte de la façon dont la supraconductivité se produit dans ce composé. Pourtant, une énigme persiste : les mesures antérieures aux ultrasons montraient clairement un fort effet lié au cisaillement, tandis que les nouvelles mesures de contrainte directe ne le montrent pas. Comprendre pourquoi ces deux méthodes divergent est désormais une question ouverte majeure.
Au-delà de Sr₂RuO₄, la technique de contrôle par contrainte développée dans cette étude peut être appliquée à d’autres supraconducteurs qui présentent un comportement multi-composantes, comme UPt₃, ainsi qu’à d’autres matériaux avec des transitions de phase complexes.
Article : Direct evidence for the absence of coupling between shear strain and superconductivity in Sr2RuO4 – Journal : Nature Communications – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Kyoto U.
