La détection quantique à la frontière du mégabar

Dans une avancée majeure, une équipe de chercheurs a révélé une approche révolutionnaire de la détection quantique qui pourrait bien transformer notre compréhension de la supraconductivité à des pressions extrêmes. Menée par Prabudhya Bhattacharyya et ses collaborateurs, cette étude innovante a éclairci un aspect mystérieux de l'effet Meissner dans les supraconducteurs hydrides, un défi de longue date dans la quête de la supraconductivité à température ambiante.

La recherche de supraconducteurs à haute température a pris une tournure fascinante ces dernières années, avec un intérêt croissant pour les matériaux soumis à des pressions considérables. Les prédictions théoriques suggèrent que les forts couplages électron-phonon et hautes fréquences caractéristiques des phonons dans les composés hydrogène-riches pourraient stabiliser des états supraconducteurs à des températures aussi élevées que 300 Kelvin sous des conditions de méga-bars.

Cependant, la détection des signatures magnétiques de ces phénomènes supraconducteurs s'est avérée être une tâche ardue pour les techniques expérimentales conventionnelles. Les limitations de sensibilité des capteurs magnétiques à de telles pressions extrêmes ont entravé l'observation directe de l'effet Meissner, un marqueur de la supraconductivité.

Bhattacharyya et ses collègues ont désormais surmonté cet obstacle en exploitant l'extraordinaire sensibilité des centres de nitrogène-lacune (NV) - des défauts de la structure du réseau de diamant qui réagissent de manière exquise aux variations du champ magnétique. En préservant soigneusement la symétrie intrinsèque de la structure NV, l'équipe a démontré une sensibilité accrue et des mesures de champ magnétique à fort contraste, même dans des conditions de pression extrême.

Grâce à cette approche innovante de la détection quantique, les chercheurs ont pu surveiller directement la réponse magnétique locale dans des échantillons d'un hydrure de cérium supraconducteur récemment découvert à des pressions allant jusqu'à 140 gigapascals (GPa). Avec grand plaisir, ils ont observé des signatures caractéristiques d'expulsion de champ local, preuve claire de l'effet Meissner, et ont directement imagé les inhomogénéités à l'échelle micrométrique dans les régions supraconductrices.

Des mesures complémentaires de résistance ont confirmé la transition supraconductrice en vrac, et des explorations supplémentaires du cyclage thermique et des champs magnétiques ont révélé un comportement d'hystérésis dépendant de la température et un piégeage de flux, rappelant un supraconducteur désordonné. Intéressamment, l'équipe a également observé des différences par rapport aux attentes canoniques, telles qu'une transition nette pour certaines amplitudes de champ magnétique, laissant présager la complexité de ces systèmes à haute pression.

Cette percée établit la détection quantique NV comme un outil puissant dans le frontière des méga-bars, ouvrant la voie à l'optimisation de la synthèse des hydrides supraconducteurs et à l'imagerie nanométrique de la magnétisme, la dynamique des charges et des réseaux à des pressions inégalées. Alors que la communauté scientifique continue de repousser les limites de notre compréhension de la supraconductivité, cette étude se distingue comme un exemple éclatant du potentiel transformateur des technologies de détection quantique.

Source : https://www.nature.com/articles/s41567-024-02485-1

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