Lumière sur le désordre supraconducteur
L'importance du désordre en physique n'a d'égale que la difficulté à l'étudier. Par exemple, les propriétés remarquables des supraconducteurs à haute température sont fortement influencées par les variations de la composition chimique du solide. Les techniques qui permettent de mesurer ce désordre et son impact sur les propriétés électroniques, telles que la microscopie à effet tunnel, ne fonctionnent qu'à très basse température et sont aveugles à ces propriétés physiques près de la température de transition. Une équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière (MPSD) en Allemagne et du Brookhaven National Laboratory aux États-Unis a démontré une nouvelle façon d'étudier le désordre dans les supraconducteurs à l'aide d'impulsions de lumière térahertz. En adaptant les méthodes utilisées en résonance magnétique nucléaire à la spectroscopie térahertz, l'équipe a pu suivre pour la première fois l'évolution du désordre dans les propriétés de transport jusqu'à la température de transition supraconductrice. Les travaux du groupe Cavalleri ont été publiés dans la revue Nature Physics.
La supraconductivité, un phénomène quantique qui permet au courant électrique de circuler sans résistance, est l'un des phénomènes les plus importants de la physique de la matière condensée en raison de son impact technologique transformateur. De nombreux matériaux qui deviennent supraconducteurs à des températures dites "élevées" (environ -170 °C), tels que les célèbres cuprates supraconducteurs, tirent leurs propriétés remarquables d'un dopage chimique, qui introduit un désordre. Cependant, l'impact exact de cette variation chimique sur leurs propriétés supraconductrices n'est toujours pas clair.
Dans les supraconducteurs, et plus généralement dans les systèmes de matière condensée, le désordre est généralement étudié au moyen d'expériences à résolution spatiale précise, par exemple en utilisant des pointes métalliques extrêmement pointues. Cependant, la sensibilité de ces expériences limite leur application aux températures de l'hélium liquide, bien en deçà de la transition supraconductrice, empêchant ainsi l'étude de nombreuses questions fondamentales liées à la transition elle-même.
S'inspirant des techniques de "spectroscopie multidimensionnelle" initialement développées pour la résonance magnétique nucléaire, puis adaptées aux fréquences optiques visibles et ultraviolettes par les chimistes qui étudient les systèmes moléculaires et biologiques, les chercheurs du MPSD ont étendu cette classe de techniques à la gamme de fréquences térahertz, où résonnent les modes collectifs des solides. Cette technique consiste à exciter séquentiellement un matériau d'intérêt avec plusieurs impulsions térahertz intenses, généralement dans une géométrie colinéaire dans laquelle les impulsions se déplacent dans la même direction. Pour étudier le supraconducteur cuprate La1.83Sr0.17CuO4- un matériau opaque qui transmet un minimum de lumière - l'équipe a étendu le schéma conventionnel en mettant en œuvre la spectroscopie térahertz bidimensionnelle (2DTS) dans une géométrie non colinéaire pour la première fois, ce qui a permis aux chercheurs d'isoler des non-linéarités térahertz spécifiques en fonction de leur direction d'émission.
Grâce à cette technique 2DTS résolue en angle, les chercheurs ont observé que le transport supraconducteur dans le cuprate était ravivé après excitation par les impulsions térahertz, un phénomène qu'ils ont appelé "échos Josephson". De manière surprenante, ces échos Josephson ont révélé que le désordre dans le transport supraconducteur était nettement inférieur au désordre correspondant observé dans l'espace supraconducteur mesuré par des techniques à résolution spatiale, telles que les expériences de microscopie à balayage. En outre, la polyvalence de la technique 2DTS résolue en angle a permis à l'équipe de mesurer pour la première fois le désordre à proximité de la température de transition supraconductrice, et de constater qu'il restait stable jusqu'à une température relativement chaude de 70 % de la température de transition.
Outre une meilleure compréhension des propriétés énigmatiques des cuprates supraconducteurs, les chercheurs soulignent que ces premières expériences ouvrent la voie à de nombreuses orientations futures passionnantes. Outre l'application de la 2DTS résolue en angle à d'autres supraconducteurs et matériaux quantiques de manière plus générale, la nature ultrarapide de la 2DTS la rend applicable à des états transitoires de la matière trop éphémères pour les sondes conventionnelles de désordre.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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