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Résultat scientifique | Recherche fondamentale

Les supra ferro révèlent leurs secrets sous la contrainte


​La coexistence du ferromagnétisme et de la supraconductivité est un phénomène rare et surprenant. Trois études récentes de l'Inac permettent de mieux comprendre le mécanisme d'appariement des électrons dans ces supraconducteurs exotiques.


Publié le 28 septembre 2018

Comment la supraconductivité peut-elle exister dans un ferromagnétique ? En principe, la supraconductivité disparaît quand un champ magnétique est appliqué. L'ordre ferromagnétique est fondé sur une interaction magnétique dite d'échange, qui engendre un champ incompatible avec la supraconductivité classique. Mais il semble que dans ces matériaux, les fluctuations de ce champ soient responsables de l'appariement des électrons en paires de Cooper, avec des spins parallèles.

Ce point a été confirmé théoriquement et expérimentalement par une équipe de l'Inac sur les composés de l'uranium UCoGe et URhGe. Mieux, avec ces matériaux ferromagnétiques, les chercheurs s'approchent pour la première fois d'une compréhension quantitative du mécanisme d'appariement des électrons dans des supraconducteurs non conventionnels.

Une première étude leur a permis de comprendre en particulier l'anisotropie spectaculaire du champ magnétique critique de UCoGe (champ externe au-delà duquel la supraconductivité cesse), alors que les propriétés électroniques de ce composé sont quasiment isotropes en régime résistif. Cette anisotropie s'explique par la forte suppression du mécanisme d'appariement des électrons quand le champ magnétique appliqué est parallèle à l'axe « facile » ferromagnétique.

Une étape supplémentaire a ensuite été franchie grâce à une expérience sur URhGe. Quand on applique à URhGe un champ magnétique croissant, perpendiculaire à l'axe facile ferromagnétique, la supraconductivité disparaît – ce qui est classique – puis réapparaît, cette fois de manière moins attendue. La température critique (au-delà de laquelle la supraconductivité cesse) la plus élevée est atteinte sous un champ de l'ordre de 12 teslas.

Les physiciens de l'Inac ont renouvelé cette expérience en appliquant à URhGe une contrainte uni-axiale. Selon leurs observations, le champ magnétique associé à la température critique maximale décroît très rapidement et les deux domaines de supraconductivité, initialement disjoints, fusionnent. Dans le même temps, la température critique augmente fortement. Ce renforcement de la supraconductivité est favorisé par des fluctuations magnétiques perpendiculaires à l'axe facile ferromagnétique.

Ces résultats contredisent les théories ferromagnétiques de référence mais s'accordent avec le modèle défendu par l'Inac de supraconducteurs « multibandes ». Le couplage entre bandes, matérialisé ici par les fluctuations ferromagnétiques transverses, augmente la température critique.  Cet effet a été prédit pour les pnictures à base de fer ou de MgB2 mais n'a jamais été testé aussi directement que dans cette étude.

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