Exploration de la singularité de Griffith quantique tridimensionnelle dans les supraconducteurs non conventionnels à base de fer

L’exploration des transitions de phase quantiques exotiques a toujours été au cœur des préoccupations de la physique de la matière condensée. Les phénomènes critiques d’une transition de phase sont entièrement déterminés par la classe d’universalité, qui est contrôlée par les paramètres spatiaux et/ou d’ordre et est indépendante des détails microscopiques.

La transition de phase quantique est une classe de transitions de phase qui se produit en raison de fluctuations quantiques, réglées par certains paramètres du système à la limite de température zéro. La transition de phase supraconducteur-isolant/métal est un exemple classique de transition de phase quantique, qui a été intensément étudiée depuis plus de 40 ans.

Le désordre est considéré comme l’un des facteurs d’influence les plus importants et a donc fait l’objet d’une attention considérable. Pendant les transitions de phase, le système satisfait généralement l’invariance d’échelle, de sorte que la classe d’universalité sera caractérisée par un seul exposant critique. En revanche, la particularité de la singularité de Griffith quantique est qu’elle brise l’invariance d’échelle traditionnelle, où une physique exotique émerge.

La physique de la singularité de Griffith remonte à 1969, lorsque le physicien américain Griffiths a proposé un type de transition de phase dans laquelle l’invariance d’échelle est rompue. Dans ce cas, l’exposant critique a tendance à diverger plutôt qu’à rester constant. La singularité de Griffith quantique fait référence à la singularité de Griffith dans une transition de phase quantique.

Depuis que la singularité de Griffith quantique a été proposée, elle n’a été observée que dans des films supraconducteurs conventionnels de faible dimension et dans quelques ferromagnétiques tridimensionnels. L’existence de la singularité de Griffith quantique dans les supraconducteurs tridimensionnels et dans les supraconducteurs non conventionnels à haute température n’a pas encore été confirmée expérimentalement. Une telle confirmation permettra de mieux comprendre les mécanismes de la supraconductivité non conventionnelle à haute température.

Récemment, un groupe de recherche dirigé par Jian-Hao Chen, chercheur au Centre international des matériaux quantiques de l’École de physique de l’Université de Pékin, à l’Académie des sciences de l’information quantique de Pékin et au Laboratoire clé de physique et de chimie des nanodispositifs de l’Université de Pékin, a mené une étude sur la singularité quantique de Griffith dans le monocristal massif supraconducteur haute température non conventionnel CaFe1-xNixAsF.

Avec leurs collaborateurs, ils ont développé pour la première fois une série de monocristaux massifs de CaFe1-xNixAsF sous-dopés de haute qualité et ont observé l’évolution de singularités de Griffith quantiques anisotropes quasi bidimensionnelles à tridimensionnelles dans les transitions de phase supraconducteur-métal induites par des champs magnétiques. Ils ont découvert une singularité de Griffith quantique robuste qui peut durer jusqu’à 5,3 K et qui peut être induite dans les cristaux par des champs magnétiques parallèles et verticaux.

Cette étude révèle non seulement l’universalité de la singularité quantique de Griffith dans les systèmes supraconducteurs à haute température tridimensionnels et non conventionnels, mais prédit également la possibilité de trouver des états de Griffith quantiques dans des familles supraconductrices à haute température moins conventionnelles (c’est-à-dire les supraconducteurs à base de nickel et de cuivre), ce qui pourrait favoriser davantage la compréhension des mécanismes de supraconductivité à haute température non conventionnels.

Les résultats ont été publiés dans Revue nationale des sciences en 2024, intitulé «Singularité de Griffith quantique tridimensionnelle dans les supraconducteurs fer-pnictures massifs » . « 

Jian-Hao Chen était l’auteur correspondant de l’article, et les co-premiers auteurs incluent Shao-Bo Liu, chercheur postdoctoral, Congkuan Tian, ​​doctorant, tous deux du Centre international des matériaux quantiques de l’École de physique de l’Université de Pékin, et Yongqing Cai, professeur adjoint à l’École de physique de l’Université de technologie de Dalian.