Le sujet de recherche appartient à la classe des supraconducteurs qui deviennent supraconducteurs lorsque
Cependant, ces soi-disant hautes températuressupraconducteurs ne sont pas encore entièrement compris. "Leurs excitations et dynamiques microscopiques sont nécessaires pour comprendre la supraconductivité, mais après 30 ans de recherche, de nombreuses questions restent encore ouvertes", explique Riccardo Comin, professeur adjoint de physique au MIT.
En 2015, les scientifiques ont découvert une nouvelle espècesupraconducteur à haute température : une feuille de séléniure de fer d'une seule couche atomique d'épaisseur, capable d'être supraconductrice à une température de -208,15 degrés Celsius. En revanche, des échantillons massifs du même matériau supraconducteur à une température beaucoup plus basse (-265,15 degrés Celsius). La découverte a déclenché une vague d'enquêtes.
Dans un métal ordinaire, les électrons se comportent de la même manièrecomme des individus qui dansent dans une pièce. Dans un métal supraconducteur, les électrons se déplacent par paires, comme des paires dans une danse. Et tous ces couples bougent à l'unisson, comme s'ils faisaient partie d'une chorégraphie quantique, qui a finalement conduit à la création d'une sorte de superfluide électronique.
Les scientifiques savent depuis longtemps qu'en temps ordinaireDans les supraconducteurs, la "colle" qui maintient les électrons ensemble est formée par le mouvement des atomes à l'intérieur du matériau. "Si vous regardez un solide assis sur une table, il semble qu'il ne fasse rien", dit Comin. Cependant, il se passe beaucoup de choses à l'échelle nanométrique. À l'intérieur de ce matériau, les électrons volent dans toutes les directions possibles et les atomes vibrent ; ils vibrent. Dans les supraconducteurs conventionnels, les électrons utilisent l'énergie stockée dans le mouvement d'un atome pour former des paires.
La "colle" derrière la liaison des électrons ensupraconducteurs à haute température, autres. Les scientifiques ont suggéré qu'il est associé à une propriété spécifique des électrons - le spin. «La rotation peut être considérée comme un aimant élémentaire», explique Jonathan Pelliciari, physicien adjoint au Brookhaven National Laboratory. L'idée est que dans un supraconducteur à haute température, les électrons peuvent prendre une partie de l'énergie de ces spins. Et cette énergie est la « colle » qu'ils utilisent pour créer une paire.
Jusqu'à présent, la plupart des physiciens pensaient queil est impossible de détecter ou de mesurer des excitations de spin dans un matériau qui n'a qu'une couche atomique d'épaisseur. Mais les physiciens ont non seulement découvert des excitations de spin, mais, entre autres choses, ils ont également montré que la dynamique de spin dans un échantillon ultrafin est radicalement différente de la dynamique de spin dans un échantillon massif. En particulier, l'énergie des spins fluctuants dans l'échantillon ultrafin était beaucoup plus élevée - quatre ou cinq fois - que l'énergie des spins dans l'échantillon global. Un instrument de diffusion des rayons X inélastique par résonance (RIXS) a été utilisé pour l'étude.
"C'est la première preuve expérimentale d'excitations de spin dans un matériau atomiquement mince", explique Pelliciari.
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