Le supraconducteur de Kagome enfreint les règles à des températures record

Grâce à la rotation du spin des muons à la source suisse de muons SmS, des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer (PSI) ont découvert qu’un phénomène quantique appelé rupture de symétrie par inversion du temps se produit à la surface du supraconducteur de Kagome RbV.₃Sb₅ à des températures aussi élevées que 175 K. Cela établit un nouveau record de température à laquelle une rupture de symétrie par inversion du temps est observée parmi les systèmes Kagome.

Oui, vous avez bien lu : 175 K, soit -98 degrés Celsius. Dans le monde quantique, c’est en fait assez chaud. Dans la majeure partie du matériau RbV₃Sb₅la rupture de symétrie par inversion du temps se produit à une température beaucoup plus basse, c’est-à-dire 60 K ou -213 degrés Celsius.

La rupture de symétrie par inversion du temps (TRS-breaking) est une caractéristique d’un comportement électronique et magnétique inhabituel qui peut conduire à des phases quantiques exotiques : des phénomènes qui pourraient potentiellement être très utiles pour les technologies quantiques. Donc, trouver cela à une température plus « gérable » est passionnant.

La symétrie d’inversion du temps (TRS) est l’idée selon laquelle les lois de la physique sont les mêmes, que le temps avance ou recule. Dans certains matériaux, comme ce supraconducteur de Kagome, cette symétrie peut être violée, ce qui signifie que le système se comporte différemment si le temps est inversé.

Dans le matériau Kagome étudié dans ce travail, sous certaines conditions, le comportement collectif des électrons (appelé ordre des charges) crée des champs magnétiques qui brisent cette symétrie. Ce type d’ordre de charge est associé à des propriétés magnétiques et de transport inhabituelles et présente donc un grand intérêt.

Kagome est le nom d’un motif de vannerie japonais traditionnel, formé d’un motif de triangles partageant des coins. Mais les physiciens de la matière condensée ont découvert il y a quelque temps que si les atomes sont disposés selon cette structure, le comportement collectif des électrons donne naissance à des phénomènes quantiques exotiques et recherchés.

Dans le cas du RbV₃Sb₅l’une de ces propriétés est la supraconductivité, qui apparaît en dessous de 2 degrés Kelvin vraiment froids. D’autres phénomènes quantiques, également prometteurs pour des applications technologiques, apparaissent à des températures plus élevées. Par exemple, notre bon ami TRS-breaking.

Cependant, la clé ici n’est pas seulement que la rupture du TRS se produit à haute température. C’est que cela dépend de la profondeur du matériau, c’est-à-dire de la distance entre la surface et la masse. Cela signifie que la phase quantique peut être réglée.

Cette accordabilité offre une voie permettant de contrôler les propriétés électroniques et magnétiques du matériau à des températures plus accessibles. Un élément important de l’utilisation de phénomènes quantiques exotiques dans des applications du monde réel réside dans la capacité de les manipuler.

En fin de compte, cette histoire fait partie du puzzle plus vaste de la supraconductivité non conventionnelle et de sa recherche dans des conditions plus accessibles. L’étude actuelle est publié dans la revue Communications naturelles.

La même équipe de recherche, dirigée par Zurab Guguchia, avait précédemment lié la rupture du TRS à la supraconductivité de ce matériau. Bien que l’étude la plus récente n’ait pas porté sur la supraconductivité, l’équipe pense que ses résultats indiquent que la supraconductivité sera également ajustable en fonction de la profondeur ; quelque chose que l’équipe prévoit d’enquêter.

Si cette histoire vous semble familière, vous y avez prêté attention. Guguchia et son équipe ont publié dans Nature en 2022, la grande découverte de l’ordre de charge à rupture de TRS dans un supraconducteur de Kagome similaire : une avancée majeure dans le domaine. Depuis lors, ils ont montré comment ce phénomène pouvait être réglé dans diverses conditions et ont établi le lien avec une supraconductivité non conventionnelle.