Des chercheurs de Skoltech, de l’Université de Jilin et de Beijing HPSTAR en Chine, ainsi que leurs collègues allemands ont synthétisé et étudié un nouveau type de supraconducteur riche en hydrogène. Techniquement appelé superhydrure de lanthane de type A15, de formule La4H23, il présente une supraconductivité inférieure à moins 168 degrés Celsius à une pression de 1,2 million d’atmosphères. Les résultats de la recherche ont été publié dans le Revue scientifique nationale.
Les polyhydrides sont une nouvelle classe de composés synthétisés à environ 1 million de fois la pression atmosphérique normale sur Terre. Ils peuvent présenter des propriétés supraconductrices uniques avec des températures critiques record allant jusqu’à -23 °C dans le décahydrure de lanthane LaH10, des champs magnétiques critiques atteignant 300 tesla et des densités de courant critiques.
Même comparé à d’autres hydrures similaires, le La4H23 récemment découvert se comporte de manière inhabituelle : il présente un coefficient de température de résistance électrique négatif dans une certaine plage de pression. Autrement dit, contrairement aux métaux ordinaires, avec une diminution de la température, sa résistance électrique ne diminue pas mais augmente, comme cela se produit dans les semi-conducteurs et dans de nombreux supraconducteurs non conventionnels, tels que les cuprates.
« Dans un premier temps, des hydrures de type structural A15 ont été découverts dans le système europium-hydrogène, puis dans les systèmes baryum-hydrogène et lutécium-hydrogène. Dans ce dernier, l’hydrure supraconducteur La4H23 se forme. Nous avons effectué des calculs de principes fondamentaux. de la stabilité thermodynamique de ces structures et a découvert que le même composé devrait exister dans le système lanthane-hydrogène. De plus, il doit avoir une température critique de supraconductivité encore plus élevée », a déclaré l’un des principaux auteurs de l’article, l’ingénieur de recherche de Skoltech, Grigoriy Shutov. également titulaire d’un doctorat. étudiant en science et ingénierie informatique et des données, expliquant la motivation derrière l’étude.
L’hydrure de lanthane synthétisé La4H23 présente d’autres propriétés inhabituelles. Généralement, dans les champs magnétiques, les transitions supraconductrices s’élargissent considérablement. Le champ magnétique crée des inhomogénéités dans la concentration des paires de Cooper dans le volume du supraconducteur. En conséquence, certaines zones de l’échantillon passent à l’état supraconducteur plus tard que d’autres, et la transition semble « s’étendre » sur l’échelle de température. Ceci est observé pour des matériaux bien connus tels que le diborure de magnésium, l’oxyde d’yttrium, de baryum et de cuivre, l’oxyde de bismuth, de strontium, de calcium et de cuivre, et d’autres.
Cependant, dans les polyhydrures, on n’observe pratiquement aucun élargissement des transitions supraconductrices, ce qui est très pratique dans la pratique expérimentale. Cela se produit parce que les vortex magnétiques, également appelés vortex d’Abrikosov, sont rigidement attachés aux inhomogénéités structurelles existantes à l’intérieur d’un polyhydride et n’introduisent pas de perturbations supplémentaires. La situation est différente avec le nouveau superhydrure de lanthane : il présente un rétrécissement inattendu des transitions supraconductrices.
L’un des principaux auteurs de l’étude, Dmitrii Semenok de HPSTAR, titulaire d’un doctorat. en science et ingénierie des matériaux de Skoltech, a commenté : « Ce comportement inhabituel nous a fait penser à de puissants champs magnétiques pulsés. Nous avons prélevé un échantillon dans une cellule à enclume en diamant, préparée par nos collègues de l’Université de Jilin, et notre curiosité a conduit à une autre découverte remarquable. «
Dans de forts champs magnétiques pulsés allant jusqu’à 68 tesla, le superhydrure de lanthane nouvellement synthétisé s’est avéré avoir une magnétorésistance négative significative, indiquant l’existence d’un état métallique anormal. Généralement, les métaux ont une magnétorésistance positive, car les électrons dans un champ magnétique suivent des trajectoires plus longues.
La magnétorésistance négative est très rare, mais elle est souvent observée pour les cuprates et autres supraconducteurs non conventionnels dans leur phase dite pseudogap, ou métal étrange. Au cours de cette phase, d’importantes fluctuations supraconductrices sont observées qui, bien que insuffisantes pour créer une supraconductivité globale, affectent sensiblement les propriétés magnétiques et de transport du matériau.
« Nous sommes encore loin de comprendre tous les processus qui déterminent les propriétés de transport d’électrons des superhydrures. Au fil des années, nous avons vu de plus en plus de preuves que les hydrures sont à bien des égards similaires aux supraconducteurs non conventionnels comme les cuprates ou les pnictides, malgré les différents mécanismes de transmission des électrons. -appariement électronique », a ajouté Semenok.
Les supraconducteurs à hydrure se révèlent être une sorte de pont reliant les différentes classes de supraconducteurs, présentant simultanément les propriétés des supraconducteurs conventionnels et non conventionnels. Les chercheurs prévoient de continuer à étudier divers superhydrures dans des champs magnétiques puissants, en se concentrant sur leur comportement liquide non Fermi.
Plus d’information:
Jianning Guo et al, État métallique inhabituel dans le La4H23 supraconducteur de type A15, Revue scientifique nationale (2024). DOI : 10.1093/nsr/nwae149