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Une nouvelle loi universelle pour la supraconductivité à haute température


Les cuprates, une classe de supraconducteurs découverts en 1986, dont certains sont supraconducteurs au-dessus de la température de l’azote liquide(−195,79 °C), gardent encore leur mystère. Outre le fait de conduire l’électricité sans résistance au-dessous d’une température critique élevée Tc, une autre propriété intrigante de ces composés qui leur a valu le nom de métal étrange est la décroissance linéaire de leur résistance à basse température au lieu d’une décroissance plus rapide telle qu’observée dans les métaux conventionnels. Ce comportement a d’abord été vu dans les cuprates à un seul plan cuivre-oxygène par cellule unité ayant les valeurs de Tc les plus faibles. Afin de montrer que cette propriété est générique des cuprates, une équipe [1] du Laboratoire International Associé « Circuits et Matériaux quantiques » a étudié la résistivité à basse température d’un cuprate à deux plans de cuivre, Bi2Sr2CaCu2O8+d (voir figure).

L’expérience rapportée dans Nature Physics a été menée sur une couche mince épitaxiée, avec l’axe c perpendiculaire au substrat, déposée par pulvérisation cathodique au LPS, gravée mécaniquement pour définir une piste entre deux parties élargies, équipée de contacts pour l’injection du courant et les mesures des tensions longitudinales et transverses (voir photo). Le film surdopé en oxygène présentait une température critique de 50K. Il a été mesuré au Laboratoire des Champs magnétiques Intenses, LNCMI, dans un aimant pouvant fournir un champ de 60 teslas (plus d’un million de fois le champ magnétique terrestre), nécessaire pour détruire la supraconductivité de ce cuprate. Il a permis de dévoiler une variation linéaire de la résistance venant en continuité de la variation linéaire déjà présente au-dessus de la transition supraconductrice depuis 120K. L’analyse de la pente de cette variation linéaire a montré que celle-ci vérifie une relation universelle comme celle de tous les cuprates où une variation linéaire de la résistivité a été observée à basse T. Cette relation a été obtenue en supposant que la fréquence de diffusion des porteurs de charge (électrons ou trous), 1/τ, atteint la limite Planckienne [2] (donnée par le principe d’incertitude : ħ=kBT* τ, où ħ est la constante de Planck réduite).

On peut espérer que comprendre le comportement de « métal étrange » dont émerge l’état supraconducteur des cuprates aidera à en comprendre l’origine.

A gauche : couche mince de Bi2Sr2CaCu2O8 épitaxiée sur un substrat monocristallin de STiO3 (5mmx3mm), gravée mécaniquement pour les mesures de transport. Au centre : maille cristalline de Bi2Sr2CaCu2O8. A droite : résistivité du film en fonction de T en champ nul (en bleu) et valeurs obtenues sous fort champ magnétique (diamants rouges), extraites des courbes de magnétorésistances à T constante.

Contact

Hélène Raffy

Référence

Universal T-linear resistivity and Planckian dissipation in overdoped cuprate
A. Legros, S. Benhabib, W. Tabis, F. Laliberté, M. Dion, M. Lizaire, B.Vignolle, D. Vignolles, H. Raffy, Z.Z. Li, P. Auban-Senzier, N. Doiron-Leyraud, P. Fournier, D. Colson, L. Taillefer et C. Proust
Nature Physics 15, 142-145 (2019). DOI:10.1038/s41567-018-0334-2
Fait marquant du INP


[1Cette expérience a été menée par une équipe du Laboratoire International Associé « Circuits and Matériaux Quantiques », impliquant des chercheurs de L’Institut quantique de l’Université de Sherbrooke (Canada), du LNCMI–CNRS (Toulouse), du SPEC-CEA/CNRS (Ormes des Merisers) et du LPS.

[2Why the temperature is high, J. Zaanen, Nature News & Views 430, 512-513 (2004)