Une découverte inattendue dans l’univers des superconducteurs

Comprendre l’ordre inhérent de la nature est un défi en soi. Cela est particulièrement vrai lorsque nous observons le monde au niveau nanoscopique, où les règles qui régissent notre réalité quotidienne sont souvent repoussées à leurs limites. Le comportement des matériaux, régie par l’interaction entre leurs électrons et atomes, est un exemple frappant de cette complexité.

Cependant, une équipe internationale de chercheurs a récemment réussi à lever le voile sur un phénomène inattendu au cœur de l’uranium ditelluride (UTe2).

Comprendre l’insaisissable uranium ditelluride

Les superconducteurs ou supraconducteurs en français constituent une catégorie de matériaux capable de conduire l’électricité sans perte d’énergie. Ils sont connus depuis le début du XXe siècle. Malgré cela, les scientifiques continuent de lutter pour comprendre les nombreux matériaux qui tombent sous cette dénomination. L’uranium ditelluride, un de ces supraconducteurs, a attiré l’attention de la communauté scientifique en raison de son comportement unique.

Ambiante, l’UTe2 ressemble à un fragment de roche brillante et fondue. Mais à mesure qu’il est refroidi avec de l’hélium liquide, il commence à conduire l’électricité sans se réchauffer – un phénomène connu sous le nom de supraconductivité.

De nouvelles observations changent le jeu

Dirigée par la professeure de physique « Vidya Madhavan », (Université de L’illinois) une équipe de chercheurs a observé des ondes de charge inhabituelles au sein d’un cristal d’UTe2. Ces ondes de charge, analysées grâce à un microscope à effet tunnel (STM), ont révélé que la distribution de la charge électrique dans l’UTe2 n’était pas uniforme, mais formait plutôt des bandes.

Nous avons découvert l’existence d’une onde de densité de charge dans l’état supraconducteur, mais cela en soi n’est pas nécessairement inhabituel. Ce qui est étrange, c’est que la destruction de la supraconductivité fait également disparaître l’onde de charge, » a déclaré Anuva Aishwarya, l’auteure principale de l’étude.

Une interaction profonde

Les chercheurs ont découvert que ces ondes de charge étaient étroitement liées à la supraconductivité du matériau. Ils ont proposé un modèle reliant les observations expérimentales à un aspect auparavant inconnu de la supraconductivité de l’UTe2.

Cela suggère qu’il existe un ordre complexe au sein de ce supraconducteur, avec différentes phases émergentes à partir de l’interaction de ses particules. Ces phases peuvent être influencées par des changements dans l’environnement du matériau, tels que la température ou le champ magnétique.

En synthèse

La découverte de ces ondes de charge dans l’uranium ditelluride représente un pas en avant significatif dans notre compréhension de la supraconductivité. En identifiant un lien direct entre ces ondes et la supraconductivité du matériau, cette recherche suggère que nous sommes peut-être sur le point de révéler une nouvelle phase de la matière, apportant un éclairage précieux sur l’interaction complexe des particules au sein des supraconducteurs.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un supraconducteur ?

Un supraconducteur est un matériau qui peut conduire l’électricité sans résistance, ce qui signifie qu’il ne perd pas d’énergie sous forme de chaleur.

Qu’est-ce que l’uranium ditelluride (UTe2) ?

L’UTe2 est un type de supraconducteur. Il se distingue par son comportement unique lorsqu’il est refroidi avec de l’hélium liquide.

Qu’est-ce qu’une onde de charge ?

Une onde de charge est une variation de la densité de charge électrique dans un matériau. Dans le cas de l’UTe2, ces ondes semblent être directement liées à sa supraconductivité.

Références de l’article : Aishwarya, A., May-Mann, J., Raghavan, A. et al. Magnetic-field-sensitive charge density waves in the superconductor UTe2. Nature 618, 928-933 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06005-8

Article de Nature News and Views : Nature 618, 910-912 (2023) doi : https://doi.org/10.1038/d41586-023-01996-w

Crédit photo : Emily Edwards