Le mystère du dôme de supraconductivité

26 avril 2018, 17:01
Le mystère du dôme de supraconductivité
Le mystère du dôme de supraconductivité

Les physiciens de l'université de Groningue ont fabriqué, avec leurs collègues de Nimègue et de Hong Kong, une couche supraconductrice d'une épaisseur d’une molécule, constituée de disulfure de tungstène, et activée au moyen d'un champ électrique. En augmentant progressivement la puissance du champ, ils ont démontré que le matériau passait de l'état isolant à supraconducteur, puis au-delà, revenait à l'état isolant. Leurs mesures ont montré de manière nette la phase de supraconductivité en forme de dôme. Ils ont été les premiers à apporter une explication à ce phénomène. Leurs découvertes ont été publiées dans la revue scientifique Proceedings of the National Academy of Sciences.

Disulfure de tungstène

Sous la direction de Justin Ye, professeur associé à l'université de Groningue, l'équipe de chercheurs a fabriqué un supraconducteur en disulfure de tungstène (WS2) d'une épaisseur moléculaire pour obtenir un élément semi-conducteur sous l'effet d'un champ électrique. Dans l'état initial, lorsque les porteurs de charge sont peu nombreux, le disulfure de tungstène est un isolant. Les pompes de champ électrique chargent les porteurs dans la bande d'isolation, ce qui provoque l'augmentation de la conductivité. À une température suffisamment basse, le phénomène peut également déclencher un état de supraconductivité.


Température

Au cours de cette phase, la température à laquelle la supraconduction continue à exister, augmente initialement comme le champ électrique. Mais lorsque le champ augmente encore, cette température diminue de nouveau. Ces courbes en forme de dôme ont été observées avec différents types de supraconducteurs au cours des dernières décennies. Elles sont particulièrement fréquentes pour les supraconducteurs à haute température, dont le fonctionnement nécessite encore quelques explications des physiciens. Récemment, un dôme de ce type a également été observé pour la première fois dans plusieurs supraconducteurs déclenchés par un champ électrique. Justin Ye et ses collègues ont toutefois observé comment ce matériau supraconducteur devenait de nouveau isolant sous l'effet d'un champ électrique très puissant.
 

Diagramme de phase

L'ensemble de la courbe du diagramme de phase, de l'état isolant à supraconducteur, puis de nouveau isolant, n’a jamais fait l'objet de mesures aussi précises. Elles ont été possibles du fait de l'utilisation d’un matériau bidimensionnel, associé à un fluide ionisé, pour produire un champ électrique beaucoup plus puissant que lors des études précédentes. Lorsque les porteurs de charge sont extraits d'une matière d'une épaisseur supérieure à un atome, le phénomène normal est qu’à un certain stade, le champ électrique se bloque. À l’inverse, la couche unique de disulfure de tungstène continue de laisser passer le champ électrique de très grande puissance, ce qui a permis de déterminer l'ensemble de la courbe.


Fixation

Les chercheurs ont pu voir ainsi pourquoi ces différentes phases se produisaient. L'idée est que les porteurs de charge présents dans la matière sont au final fixés par le champ électrique de très grande puissance. Ils ne peuvent donc plus se déplacer dans la matière et c'est ce qui provoque le retour à l'état isolant.

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