Une étude améliore la compréhension de la supraconductivité dans le graphène tricouche torsadé à angle magique

Ces dernières années, les physiciens et les spécialistes des matériaux ont découvert plusieurs nouvelles plateformes pour étudier les phases corrélées de la matière, telles que la supraconductivité et la phase isolante corrélée. Parmi eux se trouve le graphène tricouche torsadé à angle magique, un supraconducteur découvert par une équipe de recherche du Massachusetts Institute of Technology. Ce matériau se compose de trois feuilles de graphène empilées, avec un désalignement de rotation d’environ 1,5 degrés.

Des études antérieures ont montré que le graphène tricouche torsadé à angle magique présente une supraconductivité à des champs magnétiques remarquablement élevés, bien supérieurs à ceux qu’il pourrait supporter s’il s’agissait d’un supraconducteur conventionnel. Alors que la supraconductivité de ce matériau est maintenant largement documentée, sa physique sous-jacente n’est pas encore entièrement comprise.

Des chercheurs de l’Université Brown ont récemment mené une étude plus approfondie sur la supraconductivité dans le graphène tricouche torsadé. Leur article, publié dans Physique naturelleintroduit des contraintes importantes qui pourraient façonner les modèles théoriques existants de la supraconductivité.

“Quelques expériences précédentes ont montré que la phase supraconductrice dans le graphène à trois couches torsadées à angle magique survit à un grand champ magnétique externe qui viole la soi-disant limite de Pauli, où des paires d’électrons avec des orientations de spin opposées devraient être détruites”, Jia Leo Li , l’un des chercheurs qui ont mené l’étude, a déclaré à Phys.org. “Le fait que la supraconductivité viole cette limite fournit une forte indication que les spins des électrons dans une paire de Cooper sont alignés dans la même direction.”

L’objectif principal des travaux récents de Li et de ses collègues de l’Université Brown était de mieux comprendre le comportement supraconducteur inhabituel observé dans le graphène tricouche torsadé à angle magique. Pour ce faire, l’équipe a utilisé une technique appelée criblage de Coloumb, qui permet aux scientifiques d’étudier le rôle des interactions de Coulomb dans la stabilisation de la phase supraconductrice. En fin de compte, cela a conduit à de nouvelles découvertes qui enrichissent la compréhension actuelle du mécanisme de supraconductivité sous-jacent dans le nouveau matériau prometteur.

“L’année dernière, nous avons démontré que l’on peut manipuler directement la force de l’interaction coulombienne à l’aide d’une hétérostructure de matériau 2D spécialement conçue”, a déclaré Jia Li, professeur adjoint de physique à Brown et auteur correspondant de la recherche. “La réponse de la supraconductivité à l’interaction variable de Coulomb nous dit quelque chose d’important sur ce système. Dans ce cas, nous avons montré qu’une interaction de Coulomb plus faible renforce la supraconductivité.”

La technique de dépistage utilisée par Li et ses collègues a été dévoilée par eux dans l’une de leurs études précédentes, dirigée par Xiaoxue Liu. Liu est un chercheur post-doctoral à l’Université Brown et un pionnier dans l’étude des systèmes de moiré de graphène utilisant des structures de matériaux 2D avec une conception complexe.

“La mesure de dépistage que nous avons collectée dans le graphène tricouche torsadé montre des résultats similaires par rapport à la même mesure effectuée sur la bicouche de graphène à angle magique, ce qui suggère que les phases supraconductrices de ces deux systèmes ont une origine commune”, a déclaré Li. “Notre résultat le plus notable est que la colle (d’appariement) pour la phase supraconductrice dans le graphène tricouche torsadé semble être en concurrence avec l’interaction de Coulomb.”

Les résultats offrent de nouvelles informations précieuses qui font progresser de manière significative la compréhension actuelle de la supraconductivité dans les structures de graphène torsadées. À l’avenir, l’équipe prévoit d’étudier plus avant cette structure prometteuse, tout en utilisant la même technique utilisée dans leur étude récente pour examiner d’autres matériaux.

“Le comportement que nous avons observé fournit un soutien solide à un groupe de modèles théoriques, alors qu’il exclut un autre groupe de possibilités”, a ajouté Li. “Le criblage de Coulomb est une technique puissante. Nous prévoyons maintenant d’appliquer cette même technique pour en savoir plus sur les phases supraconductrices dans les matériaux 2D.”

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