Ces dernières années, de nombreux physiciens et spécialistes des matériaux ont étudié les supraconducteurs, des matériaux qui peuvent conduire l’électricité en courant continu sans perte d’énergie lorsqu’ils sont refroidis à une température particulière. Ces matériaux pourraient avoir de nombreuses applications intéressantes, par exemple générer de l’énergie pour les machines d’imagerie (par exemple, les scanners IRM), les trains et d’autres systèmes technologiques.
Des chercheurs de l’Université Fudan, de l’Institut Qi Zhi de Shanghai, de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong et d’autres instituts en Chine ont récemment découvert un nouveau mécanisme pour générer un champ critique supérieur dans le plan amélioré de manière anisotrope dans des supraconducteurs centrosymétriques atomiquement minces avec des inversions de bande topologiques. Leur article, publié dans Physique naturelleont spécifiquement démontré ce mécanisme sur une fine couche de 2M-WS2, un matériau qui a récemment attiré l’attention de nombreux chercheurs.
« En 2020, un article de notre collaborateur théorique Prof. KT Law ont proposé que les supraconducteurs centrosymétriques 2D avec une inversion de bande topologique, tels que 1T′-WTe2 présentent un type distinct de supraconductivité, appelée supraconductivité couplée spin-orbite-parité (SOPC) « , Enze Zhang, l’un des chercheurs qui a mené l’étude, dit Phys.org.
« SOPC devrait produire une nouvelle supraconductivité près du croisement de bande topologique avec une susceptibilité de spin largement améliorée et anisotrope par rapport aux directions du champ magnétique dans le plan. À cette époque, nous menions des recherches sur les propriétés supraconductrices de 2M-WS2 atomiquement mince, Ainsi, après avoir discuté avec le professeur KT Law, nous avons estimé que le supraconducteur émergent de van der Waals 2M-WS2 serait très probablement un candidat prometteur pour la supraconductivité couplée spin-orbite-parité.
La structure de la monocouche 2M-WS2 est identique à celle de 1T′-WTe2, le matériau précédemment étudié par le professeur Law et son équipe. 2M-WS2, cependant, a un mode d’empilement unique, qui le distingue des autres dichalcogénures de métaux de transition.
Les chercheurs ont précédemment découvert que dans sa forme massive, ce matériau présente une température de transition supraconductrice élevée CT de 8,8 K. De plus, des calculs théoriques ont suggéré que des couches atomiquement minces de 2M-WS2 contiennent des états de bord topologiques avec inversion de bande.
Dans leurs expériences, Zhang et ses collègues ont mesuré le champ critique supérieur dans le plan à un champ magnétique élevé et ont confirmé la violation de la loi limite de Pauli. Ils ont également observé une double symétrie fortement anisotrope dans le matériau, en réponse à la direction du champ magnétique dans le plan.
« Les expériences de tunnelisation menées sous des champs magnétiques élevés dans le plan ont également montré que l’écart supraconducteur dans le 2M-WS2 atomiquement mince possède une réponse magnétique anisotrope le long de différentes directions de champ magnétique dans le plan, et il persiste bien au-dessus de la limite de Pauli », a expliqué Zhang. « En utilisant des calculs de champ moyen auto-cohérents, nos collaborateurs théoriques concluent que ces comportements inhabituels proviennent du fort couplage spin-orbite-parité résultant de l’inversion de bande topologique dans 2M-WS2. »
Les expériences des chercheurs se sont déroulées en plusieurs étapes. Tout d’abord, l’équipe a effectué des mesures de magnéto-transport sur 2M-WS2 atomiquement mince et a constaté que son champ critique supérieur dans le plan est non seulement bien au-delà de la limite paramagnétique de Pauli, mais présente également une double symétrie fortement anisotrope en réponse à l’in – direction du champ magnétique plan.
Par la suite, ils ont utilisé la spectroscopie à effet tunnel pour collecter des mesures sous des champs magnétiques élevés dans le plan. Ces mesures ont révélé que l’écart supraconducteur dans 2M-WS2 atomiquement mince possède une réponse magnétique anisotrope le long de différentes directions de champ magnétique dans le plan, qui persiste bien au-dessus de la limite de Pauli.
Enfin, les chercheurs ont effectué une série de calculs de champ moyen auto-cohérents pour mieux comprendre l’origine des comportements inhabituels qu’ils ont observés dans leur échantillon. Sur la base de leurs résultats, ils ont conclu que ces comportements provenaient du fort couplage spin-orbite-parité résultant de l’inversion de bande topologique dans 2M-WS2, qui épingle efficacement le spin des états proches du croisement de bande topologique et renormalise l’effet de Zeeman externe. champs de façon anisotrope.
« Nous avons découvert un nouveau mécanisme pour générer un champ critique supérieur dans le plan amélioré de manière anisotrope dans des supraconducteurs centrosymétriques atomiquement minces avec des inversions de bande topologiques, mettant en évidence 2D 2M-WS2 comme une merveilleuse plate-forme pour l’étude de phénomènes supraconducteurs exotiques tels que topologiques d’ordre supérieur. la supraconductivité et d’autres applications de dispositifs », a déclaré Zhang.
« Les nouvelles propriétés trouvées ici sont très non triviales car elles reflètent directement une forte SOPC héritant de l’inversion de bande topologique dans l’état normal de 2M-WS2, qui avait été ignorée pendant de nombreuses années dans les études précédentes sur les supraconducteurs centrosymétriques. »
Ces dernières années, de plus en plus d’équipes de recherche dans le monde ont exploré les propriétés et les mécanismes des dichalcogénures de métaux de transition supraconducteurs centrosymétriques (TMD), tels que les monocouches supraconductrices 1T′-MoS2 et 1T′-WTe2, en raison de la coexistence caractéristique de la bande topologique. structure et la supraconductivité en leur sein.
L’article récent de Zhang et de ses collègues pourrait ouvrir la voie à l’exploration de grands champs critiques supérieurs améliorés et fortement anisotropes dans le plan, ce qui pourrait encore améliorer la compréhension actuelle de la physique exotique de ces matériaux.
« Nous prévoyons maintenant d’explorer les propriétés supraconductrices habituelles (telles que le champ critique supérieur dans le plan et le comportement de la spectroscopie à effet tunnel à champ magnétique élevé) de supraconducteurs centrosymétriques plus minces atomiquement avec des inversions de bande topologiques », a ajouté Zhang.
Plus d’information:
Enze Zhang et al, Supraconductivité couplée spin-orbite-parité dans 2M-WS2 atomiquement mince, Physique naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41567-022-01812-8
Ying-Ming Xie et al, Supraconductivité à couplage spin-orbite-parité dans la monocouche topologique WTe2, Lettres d’examen physique (2020). DOI : 10.1103/PhysRevLett.125.107001
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