Un régulateur pour la supraconductivité non conventionnelle
La recherche à l'Université technique d'Aix-la-Chapelle (RWTH) fournit de nouvelles informations sur la formation de la supraconductivité dans les matériaux exotiques
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Des chercheurs de l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle, dirigés par le professeur Dante Kennes de la chaire de physique théorique de la matière condensée, ont contribué à une nouvelle étude consacrée à un problème de longue date de la physique : la supraconductivité, qui ne peut pas être expliquée par les théories établies. La contribution de l'équipe a consisté à modéliser théoriquement les mécanismes sous-jacents. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature et y sont présentés sous le titre "Angle evolution of the superconducting phase diagram in twisted bilayer WSe2".
La supraconductivité - un phénomène dans lequel le courant électrique peut circuler sans perte d'énergie - est d'une grande importance pour de nombreuses applications de haute technologie. Ainsi, les supraconducteurs permettent de transporter l'électricité sur de longues distances sans perte, alors que dans les lignes traditionnelles, l'énergie est perdue sous forme de chaleur. Ils permettent en outre de fabriquer des électroaimants extrêmement puissants, comme ceux utilisés dans les appareils d'IRM, et sont également utilisés dans les trains à sustentation magnétique, qui se déplacent à grande vitesse pratiquement sans frottement.
Inconvénient majeur des supraconducteurs traditionnels : ils ne fonctionnent qu'à très basse température et doivent donc être utilisés avec des systèmes de refroidissement complexes et coûteux - souvent proches du zéro absolu. Cette restriction a fait avancer la recherche sur les supraconducteurs non conventionnels, qui deviennent supraconducteurs dès des températures plus élevées et nécessitent donc nettement moins de refroidissement.
Les supraconducteurs dits "moirés" constituent une classe particulièrement intéressante. Ils se composent de couches cristallines ultrafines - généralement du graphène - qui sont tordues les unes par rapport aux autres selon un petit "angle magique" défini avec précision. Cette torsion crée un motif moiré à grande échelle qui donne son nom aux matériaux. Dans ce motif, les électrons interagissent fortement entre eux et forment des paires lorsqu'ils se déplacent à travers le matériau - une base physique centrale pour la supraconductivité.
Récemment, un nouveau supraconducteur non conventionnel a été découvert dans des couches torsadées de diséléniure de tungstène. Cependant, la manière exacte dont la supraconductivité se développe dans ce matériau n'était pas claire jusqu'à présent. Dans la présente étude, les chercheurs montrent qu'en faisant varier de manière ciblée l'angle de torsion - c'est-à-dire la rotation relative des deux couches - il est possible d'étudier comment se forment les motifs moirés et de contrôler en même temps la facilité avec laquelle les électrons se couplent en paires et se déplacent dans le cristal.
Grâce à ce "régulateur", les physiciens peuvent désormais simuler les processus qui mènent à la supraconductivité - une possibilité de contrôle extrêmement rare pour les solides. Les résultats pourraient également être appliqués à d'autres supraconducteurs non conventionnels, comme les matériaux à base de cuprate, qui deviennent supraconducteurs à des températures relativement élevées. Kennes souligne la portée plus large de cette étude : "Nous disposons désormais d'une plate-forme extrêmement rare qui nous permet de réfléchir de manière ciblée à la construction de phases de matière exotiques dotées de propriétés supraconductrices".
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Publication originale
Yinjie Guo, John Cenker, Ammon Fischer, Daniel Muñoz-Segovia, Jordan Pack, Luke Holtzman, Lennart Klebl, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Katayun Barmak, James Hone, Angel Rubio, Dante M. Kennes, Andrew J. Millis, Abhay Pasupathy, Cory R. Dean; "Angle evolution of the superconducting phase diagram in twisted bilayer WSe2"; Nature, 2026-4-1
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