Le 21 mai, l'équipe de recherche dirigée conjointement par l'académicien Xue Qikun, le professeur He Junfeng de l'Université des sciences et technologies de Chine, et le professeur associé Chen Zhuoyu de l'Université des sciences et technologies du Sud, a observé pour la première fois directement une bande interdite supraconductrice sans nœuds dans des films minces supraconducteurs à haute température à base d'oxydes de nickel, et a découvert le phénomène de couplage électron-boson. Les résultats de recherche correspondants ont été publiés le jour même dans Science.

Il est rapporté que cette découverte fournit des preuves expérimentales importantes pour les deux questions centrales de la supraconductivité à haute température que sont « la symétrie de la bande interdite supraconductrice » et « le mécanisme d'appariement supraconducteur », revêt une importance scientifique majeure pour une compréhension approfondie du mécanisme de la supraconductivité à haute température, et constitue également une base pour promouvoir une application plus large de la technologie supraconductrice.

Dans un supraconducteur, les électrons s'« apparient » deux par deux et se déplacent ensemble. Ce comportement d'« appariement » est à l'origine du phénomène de supraconductivité. Cependant, dans les supraconducteurs à haute température, la raison pour laquelle les électrons s'apparient et la manière dont ils le font restent l'un des plus grands mystères de la physique.

« Dans un supraconducteur, les électrons peuvent économiser de l'énergie en s'appariant, et cette énergie économisée est la bande interdite supraconductrice », explique Chen Zhuoyu. « On peut imaginer l'appariement des électrons comme une danse en couple, et la symétrie de la bande interdite est leur 'figure de danse'. »

Selon les explications, la bande interdite des supraconducteurs conventionnels est complètement ouverte, sans nœuds où la bande interdite est nulle, ce qui correspond à une symétrie d'onde s, tandis que les supraconducteurs à haute température à base de cuprates ont longtemps été considérés comme présentant des nœuds, relevant d'une symétrie d'onde d.

« Par conséquent, la présence ou l'absence de nœuds dans la bande interdite est un indicateur clé pour discerner l'origine physique de la supraconductivité à haute température », précise Chen Zhuoyu. Cette étude apporte pour la première fois une réponse claire dans les films minces supraconducteurs à haute température à base de nickelates RP à double couche : leur bande interdite supraconductrice ne présente pas de nœuds, ce qui correspond davantage à une symétrie d'onde s (ou s±).

Il est rapporté que, bien qu'il s'agisse également de supraconductivité à haute température, les mécanismes d'appariement des supraconducteurs à base de nickel et de cuivre ne sont peut-être pas entièrement identiques.

La manière dont les électrons s'apparient est une autre clé pour percer le mystère de la supraconductivité à haute température. Théoriquement, les mécanismes d'appariement des électrons se divisent en deux catégories : l'une ne nécessite pas de médiateur, l'autre nécessite une transmission par médiateur.

« Nous avons capturé un signal spectroscopique typique de 'coudure de bande' à environ 70 meV sous le niveau de Fermi, qui est précisément l''empreinte digitale' laissée par l'interaction de couplage entre les électrons et une sorte de boson », explique Chen Zhuoyu. « Cela confirme l'existence d'un couplage électron-boson dans les supraconducteurs à haute température à base de nickel, suggérant que leur appariement électronique est très probablement facilité par un certain médiateur. »

Il est également rapporté que cette découverte fournit des preuves expérimentales importantes pour expliquer comment les électrons s'apparient. Actuellement, l'équipe de recherche a déjà trouvé les traces laissées par le médiateur grâce à ces « empreintes digitales ». La prochaine étape, confirmer quel boson agit exactement comme médiateur d'appariement, pourrait devenir la clé pour élucider définitivement le mécanisme physique de la supraconductivité à haute température.