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Première mesure du champ critique supérieur dans un cuprate supraconducteur

Le champ magnétique critique supérieur Hc2 d’un supraconducteur est une quantité fondamentale qui nous renseigne sur la force de la supraconductivité dans un matériau. Depuis la découverte des cuprates supraconducteurs il y a un quart de siècle, cette quantité demeure sujette à débat en raison d’une phase de vortex complexe dans ces matériaux. D’abord prétendu trop élevé pour être mesuré, l’absence de mesure directe de Hc2 a laissé place à certaines théories suggérant que la supraconductivité pouvait survivre sans cohérence de phase au-delà de la température critique. Pour la première fois, des chercheurs de l’université de Sherbrooke au Québec, en collaboration avec le LNCMI de Grenoble, ont mis au point une technique de mesure de conductivité thermique en champ magnétique intense jusqu’à 35 Tesla. De par sa grande sensibilité à la diffusion des électrons sur les vortex, la conductivité thermique est une sonde de choix pour mesurer la transition en champ magnétique d’un état supraconducteur à un état métallique. Ainsi grâce à cette technique, les chercheurs rapportent la première mesure directe de Hc2 à 22 Tesla, dans le cuprate supraconducteur YBa2Cu3Oy, à un dopage en trous de p = 0.11. Ils démontrent alors qu’il n’y a pas de liquide de vortex dans ce matériau à température nulle.Utilisant une étude systématique de résistivité en champ magnétique pulsé jusqu’à 80 Tesla au LNCMI de Toulouse, les chercheurs peuvent ainsi obtenir le diagramme de phase de Hc2 (Figure 1) sur toute la gamme en dopage. La chute de Hc2 et de l’énergie de condensation du côté sous-dopé, montre la suppression considérable de l’état supraconducteur dans les cuprates par une seconde phase en compétition.

Figure 1 : Champ critique supérieur en fonction du la concentration en trou (dopage) pour YBCO (rouge), Y124 (bleu) et Tl-2201 (noir).

Un ordre de charge découvert récemment par RMN et ensuite par rayon-X dans YBa2Cu3Oy est en compétition directe avec la supraconductivité, expliquant ainsi la diminution de la température critique, de Hc2 et de l’énergie de condensation du côté sous-dopé de ces matériaux.

Référence : Direct measurement of the upper critical field in a cuprate superconductor, G. Grissonnanche et al., Nature Communications 5, 3280 (2014) / arXiv:1303.3856.