Des physiciens ont observé un phénomène rare appelé supraconductivité ré-entrante dans le ditelluride d’uranium (UTe2). Cette découverte, rapportée dans le journal Nature Physicsconfirme que le ditellurure d’uranium est un matériau prometteur pour les ordinateurs quantiques.
Ran et al ont observé une supraconductivité ré-entrante dans le ditelluride d’uranium. Crédit image : Emily Edwards / JQI.
La supraconductivité est un état dans lequel les électrons se déplacent dans un matériau avec une efficacité parfaite. En revanche, le cuivre – qui est le deuxième matériau après l’argent en termes de capacité à conduire les électrons – perd environ 20 % de sa puissance sur les lignes de transmission longue distance, car les électrons se déplacent dans le matériau pendant le trajet.
La supraconductivité ré-entrante, surnommée supraconductivité de Lazare d’après le personnage biblique, est particulièrement étrange, car les champs magnétiques puissants détruisent généralement l’état supraconducteur dans la grande majorité des matériaux.
Dans le ditelluride d’uranium, cependant, un champ magnétique puissant associé à des conditions expérimentales spécifiques a provoqué l’apparition de la supraconductivité de Lazare non pas une, mais deux fois.
“Il s’agit en effet d’un matériau remarquable qui nous occupe beaucoup”, a déclaré le professeur Johnpierre Paglione, co-auteur du projet, de l’Université du Maryland et du Centre de recherche sur les neutrons du NIST.
“Le ditellurure d’uranium pourrait très bien devenir le supraconducteur à triplet de spin “classique” que les gens recherchent depuis des dizaines d’années et il a probablement d’autres surprises en réserve.”
Dans un article précédent, le professeur Paglione et ses collègues ont indiqué que la supraconductivité du ditelluride d’uranium impliquait des configurations électroniques inhabituelles appelées triplets de spin, dans lesquelles les paires d’électrons sont alignées dans la même direction.
Dans la grande majorité des supraconducteurs, les orientations – appelées spins – des électrons appariés pointent dans des directions opposées.
Ces paires sont appelées singlets. Les champs magnétiques peuvent plus facilement perturber les singlets, tuant ainsi la supraconductivité.
Les supraconducteurs à triplets de spins, cependant, peuvent résister à des champs magnétiques beaucoup plus élevés.
Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont testé le ditelluride d’uranium dans certains des champs magnétiques les plus élevés disponibles.
En exposant le matériau à des champs magnétiques allant jusqu’à 65 T (teslas), ils ont tenté de trouver la limite supérieure à laquelle les champs magnétiques écrasent la supraconductivité du matériau.
Ils ont également expérimenté l’orientation du cristal de ditelluride d’uranium à plusieurs angles différents par rapport à la direction du champ magnétique.
A environ 16 T, l’état supraconducteur du matériau a brusquement changé.
Alors qu’il est mort dans la plupart des expériences, il a persisté lorsque le cristal était aligné à un angle très spécifique par rapport au champ magnétique. Ce comportement inhabituel s’est poursuivi jusqu’à environ 35 T, moment où toute supraconductivité a disparu et où les électrons ont changé d’alignement, entrant dans une nouvelle phase magnétique.
En augmentant le champ magnétique tout en continuant à expérimenter avec les angles, les chercheurs ont découvert qu’une orientation différente du cristal produisait une autre phase supraconductrice qui persistait jusqu’à au moins 65 T, l’intensité maximale du champ testé par l’équipe.
Il s’agissait d’une performance record pour un supraconducteur et c’était la première fois que deux phases supraconductrices induites par un champ étaient trouvées dans le même composé.
Au lieu de tuer la supraconductivité dans le ditelluride d’uranium, les champs magnétiques élevés semblent la stabiliser.
“Bien que l’on ne sache pas encore exactement ce qui se passe au niveau atomique, les preuves indiquent un phénomène fondamentalement différent de tout ce que les scientifiques ont vu jusqu’à présent”, a déclaré le Dr Nicholas Butch, de l’Université du Maryland et du Centre de recherche sur les neutrons du NIST.
“En plus de sa physique défiant les conventions, le ditelluride d’uranium montre tous les signes d’un supraconducteur topologique, comme le sont d’autres supraconducteurs à triplets de spin. Ses propriétés topologiques suggèrent qu’il pourrait être un composant particulièrement précis et robuste dans les ordinateurs quantiques du futur.”
