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Manipulation atomique du gap supraconducteur dans Bi2Sr2CaCu2O8+x


Un défi majeur dans l’étude de la supraconductivité à haute température critique des cuprates est de comprendre le lien entre leur comportement quantique macroscopique et les mécanismes microscopiques subjacents. En utilisant le champ électrique local au tour de la pointe d’un microscope à effet tunnel, les chercheurs au LPS ont découvert une nouvelle approche à ce problème. En déplaçant des atomes individuels à la surface du matériau, ils sont capables de relier directement la structure atomique locale au spectre d’excitations électroniques.

La compréhension microscopique des supraconducteurs à haute température critique reste l’un des principaux problèmes ouverts en physique de la matière condensée. Les sondes en champ proche, comme la microscopie à effet tunnel, sont idéales pour analyser les surfaces de ces matériaux. Elles ont beaucoup apporté à ce sujet en raison de leur grande sensibilité spatiale et énergétique. Cependant, le désordre structural considérable des cuprates empêche d’identifier la structure atomique responsable des propriétés électroniques remarquables.

En utilisant le champ électrique au tour de la pointe d’un microscope à effet tunnel, des chercheurs du LPS ont découvert qu’il est possible de déplacer sélectivement des atomes individuels à la surface du composé Bi2Sr2CaCu2O8+x. Puisque ces manipulations d’un seul atome sont non invasives et réversibles, elles permettent d’étudier en détail les propriétés électroniques avant et après la manipulation. Cette technique élimine donc efficacement l’environnement inhomogène et donne un aperçu direct de l’effet des atomes individuels sur les propriétés électroniques locales. Il apparaît qu’en déplaçant les atomes de bismuth à la surface du composé Bi2Sr2CaCu2O8+x, le gap dans le spectre d’énergie qui défini la force locale de la supraconductivité peut être directement manipulé. Cela suggère que des atomes individuels peuvent augmenter ou réduire localement l’appariement, ce qui donne un nouvel aperçu du mécanisme d’appariement et de l’échelle caractéristique sur laquelle ce mécanisme se produit.

En utilisant le champ électrique fourni par la pointe d’un microscope à effet tunnel, les atomes de bismuth à la surface du supraconducteur à haute température critique Bi2Sr2CaCu2O8+x peuvent être déplacés latéralement. Grâce à la manipulation d’un seul atome, le gap dan le spectre d’excitation augmente dans la direction du déplacement atomique.

Contact

Freek Massee

Référence

Atomic manipulation of the gap in Bi2Sr2CaCu2O8+x
F. Massee, Y. K. Huang and M. Aprili
Science 367, 68-71 (2020)
https://doi.org/10.1126/science.aaw7964