07.08.2014

Supraconductivité: cerner les défauts pour améliorer la performance

Connaître ses défauts pour mieux avancer: ce qui est valable en psychologie est valable en physique. Pour la première fois, un groupe de physiciens de l’Université de Fribourg est parvenu à identifier précisément les défauts du TiSe2, un matériau pouvant être supraconducteur. Une découverte qui devrait permettre d’en perfectionner considérablement les propriétés.

Aujourd’hui, nous utilisons de plus en plus, sans le savoir, de nombreux matériaux de synthèse aux propriétés diverses. La recherche fondamentale en physique du solide a notamment pour but de décrire les propriétés de ces nouveaux matériaux pour mieux les comprendre et permettre, à terme, de développer de nouvelles applications. Certains d’entre eux possèdent la propriété de conduire le courant électrique sans résistance, lorsqu’ils sont soumis à des conditions particulières. Cette fonction peut avoir des applications très intéressantes, par exemple en médecine (IRM), en électricité, en électronique ou encore pour les nouveaux trains à aimants.

Un de ces matériaux de synthèse, le TiSe2, formé de feuillets bidimensionnels microscopiques, a la particularité de devenir supraconducteur lorsqu’il est soumis à de la pression ou qu’il est dopé volontairement avec du cuivre intercalé entre les feuillets. La densité de ces défauts de cuivre est de l’ordre de quelques pourcents.
En parallèle, ce matériau présente aussi un grand nombre de défauts natifs involontaires, dus aux méthodes de croissance utilisées pour le synthétiser. Jusqu’à aujourd’hui, ces défauts intrinsèques, dont la densité est aussi de quelques pourcents, étaient mal connus et empêchaient, par conséquent, une bonne compréhension de l’origine de la supraconductivité induite par la présence de cuivre intercalé.

Vers une meilleure synthèse

Dans le cadre de leur recherche, Baptiste Hildebrand, doctorant FNS et Clément Didiot, assistant-docteur dans le groupe du Professeur Philipp Aebi du Département de physique de l’Université de Fribourg, ont collaboré avec le groupe du Professeur Christoph Renner du Département de physique de la matière condensée de l’Université de Genève. Pour la première fois, ils ont été capables d’identifier précisément la nature et la localisation des quatre défauts natifs principaux présents dans le TiSe2. Il s’agit de vacances de sélène, d’atomes de titane intercalés entre les feuillets, ainsi que de substitutions par des atomes d’iode ou d’oxygène d’atomes de sélène de la structure.

Grâce à la caractérisation précise de l’origine et de l’effet électronique local de ces quatre défauts natifs dans le TiSe2, la porte est désormais ouverte vers une meilleure compréhension de la supraconductivité induite par du dopage non seulement dans ce matériau, mais aussi dans les nombreux autres composés aux caractéristiques comparables. Il devrait ainsi être possible de mieux synthétiser les nouveaux matériaux supraconducteurs et d'en améliorer les propriétés.

Lien vers l’étude:
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.112.197001

Contact:
Baptiste Hildebrand, Département de physique, 026 300 9169, baptiste.hildebrand@unifr.ch