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Défauts bruyants dans un supraconducteur à haute température


La supraconductivité à haute température dans les matériaux à base d’oxyde de cuivre est obtenue par l’ajout d’atomes d’oxygène ou de dopants au système. En utilisant des mesures de bruit de courant à l’échelle atomique, des chercheurs du LPS ont dévoilé une dynamique de charge inhabituelle pour des environnements de dopants spécifiques.

Dynamique de charge dans un cuprate supraconducteur. (a) Réseau atomique de Bi2Sr2CaCu2O8+x et (b) image de bruit actuel prise au même endroit. Le bruit actuel est fortement accru sur un certain nombre de sites à l’échelle atomique. (c) L’augmentation abrupte du bruit (trace bleue) de Poisson (noir en pointillé) coïncide avec une chute de la conductance différentielle (rouge) et peut s’expliquer par le chargement et le déchargement d’un dopant à l’oxygène à des échelles de temps inférieures à la microseconde.

Les dopants et les impuretés jouent un rôle crucial dans les propriétés électroniques des matériaux hôtes : la technologie des semi-conducteurs repose sur leur capacité à donner ou à piéger des électrons et, dans de nombreux systèmes corrélés, elles sont utilisées pour transformer des matériaux conventionnels en matériaux exotiques. Les cuprates, qui sont des isolants mais deviennent conducteurs et supraconducteurs à haute température critique par ajout de dopants, constituent un bon exemple. Pour comprendre le rôle des dopants dans cette transformation au niveau microscopique, des techniques à l’échelle atomique, telles que la microscopie à effet tunnel à balayage, sont cruciales. Cependant, en raison de la résolution temporelle limitée, la plupart de ces études portent sur l’effet des dopants sur les propriétés électroniques moyennées dans le temps. En utilisant un nouveau microscope développé au LPS pour l’étude de la dynamique électronique locale, des chercheurs ont etudié, dans le composé Bi2Sr2CaCu2O8+x avec un dopage optimal, la dynamique électronique via des mesures du bruit de courant. En particulier, ils ont observé dans ce composé des objets de taille inférieure au nanomètre où le bruit du courant tunnel est amplifié d’au moins un ordre de grandeur. Ils ont montré que ces objets sont des dopants oxygénés non détectés précédemment, dont l’ionisation et l’environnement local entraînent une dynamique de charge non conventionnelle, donc des événements tunnel corrélés. L’ionisation de ces dopants ouvre de nouvelles voies pour contrôler dynamiquement le dopage à l’échelle atomique, permettant la visualisation directe de l’effet de la densité de charges locale sur la supraconductivité.

Référence

Noisy defects in the high-Tc superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+x
F. Massee, Y. K. Huang, M. S. Golden and M. Aprili
Nature Communications (2019)
doi:10.1038/s41467-019-08518-1

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Freek Massee