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En modifiant le nombre d’électrons confinés dans un puits quantique à l’interface entre deux isolants, des chercheurs du Laboratoire de Physique et d’Etude des Matériaux (ESPCI Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université) sont parvenus à transformer de manière réversible un état supraconducteur à un condensat en un état supraconducteur à deux condensats aux propriétés exotiques. Leurs travaux viennent d’être publiés dans la revue Nature Materials.
© Gyanendra Singh
En contrôlant la croissance de matériaux cristallins à l'échelle atomique, il est possible de réaliser des structures artificielles dans lesquelles apparaissent des ordres quantiques nouveaux. En déposant une très fine couche de LaAlO3 sur un cristal paraélectrique quantique de SrTiO3, on obtient un gaz d'électrons bidimensionnel confiné à l'interface. Selon l'orientation du cristal, celui-ci peut développer différentes phases supraconductrices.
C’est une première : passer de manière continue et réversible d’un état supraconducteur à 1 condensat à un état supraconducteur à 2 condensats n’avait jusqu’alors jamais été observé. Pour y parvenir, les chercheurs du LPEM, se sont intéressés au gaz d’électrons qui se forme à l’interface entre les deux isolants LaAlO3 et SrTiO3, et devient supraconducteur à environ 0.3 degré Kelvin. En appliquant une tension sur une électrode de grille, il est possible d’ajouter des électrons au gaz et de remplir ainsi de nouveaux états d’énergie. En étudiant sa réponse à des ondes radiofréquences, ils ont observé l’apparition d’un second condensat supraconducteur à partir d’une valeur critique du nombre d’électrons, et plus étonnant : un effet répulsif entre les deux condensats correspondant à un état supraconducteur exotique.
Ces travaux, issus d’une collaboration avec des équipes italienne et espagnole, sont une brique de plus apportée à la compréhension des matériaux supraconducteurs, pour envisager un jour de réussir à percer le mystère de la supraconductivité à haute température critique dans des perovskites cuprates ?
Publication associée :
Gap suppression at a Lifshitz transition in a multi-condensate superconductor, G. Singh, A. Jouan, G. Herranz, M. Scigaj, F. Sánchez, L. Benfatto, S. Caprara, M. Grilli, G. Saiz, F. Couedo, C. Feuillet-Palma, J. Lesueur and N. Bergeal, Nature Materials (2019)
DOI
https://doi.org/10.1038/s41563-019-0354-z
contact : nicolas.bergeal@espci.fr