Supraconducteurs à haute température

La découverte de la supraconductivité dans les céramiques à base d'oxyde de cuivre au-dessus du point d'ébullition de l'azote liquide a bouleversé les attentes et a révélé un mécanisme d'appariement non conventionnel que la théorie BCS n'explique pas.

Definition

Les supraconducteurs à haute température sont des matériaux, principalement les céramiques à base d'oxyde de cuivre (cuprates), qui présentent une supraconductivité à des températures bien supérieures à la limite conventionnelle ; ils émergent du dopage d'isolants de Mott antiferromagnétiques, présentent un appariement d'onde d, et sont généralement considérés comme étant régis par un mécanisme électronique, et non un simple mécanisme phononique, qui reste inexpliqué.

Scope

Ce sujet couvre les supraconducteurs à haute température à base de cuprates et les matériaux apparentés : leur structure en couches d'oxyde de cuivre, les composés parents isolants de Mott antiferromagnétiques, le diagramme de phase avec dopage incluant le pseudogap et le dôme supraconducteur, la symétrie d'appariement d'onde d, et le problème central non résolu du mécanisme d'appariement. Il aborde également les supraconducteurs à base de fer et les hydrures à haute pression. Il contraste ces supraconducteurs non conventionnels avec le modèle BCS conventionnel des sujets connexes.

Core questions

• Quelles caractéristiques structurelles et électroniques distinguent les supraconducteurs à base de cuprates des métaux conventionnels ?
• Comment l'état supraconducteur émerge-t-il du dopage d'un isolant de Mott antiferromagnétique ?
• Qu'est-ce que le pseudogap, et comment le diagramme de phase organise-t-il les cuprates ?
• Pourquoi la théorie BCS conventionnelle ne parvient-elle pas à expliquer la supraconductivité à haute température ?

Key concepts

• Couches d'oxyde de cuivre (cuprates)
• Composé parent isolant de Mott antiferromagnétique dopé
• Diagramme de phase, pseudogap et dôme supraconducteur
• Symétrie d'appariement d'onde d
• Supraconducteurs à base de fer et hydrures

Clinical relevance

Les supraconducteurs à haute température peuvent fonctionner avec un refroidissement peu coûteux à l'azote liquide, permettant ainsi des câbles de puissance, des limiteurs de courant de défaut et des aimants à champ élevé ; la compréhension de leur mécanisme est également l'un des problèmes ouverts les plus profonds en physique, central pour la théorie des électrons fortement corrélés.

History

Bednorz et Müller ont découvert la supraconductivité près de 35 K dans un cuprate de lanthane en 1986, remportant le prix Nobel l'année suivante ; la découverte en 1987 de YBa2Cu3O7 avec une température de transition de 93 K, au-dessus de la température de l'azote liquide, a déclenché une explosion de recherches qui se poursuit.

Debates

Mécanisme d'appariement des cuprates

Des décennies après leur découverte, il n'y a pas de consensus sur ce qui lie les électrons dans les supraconducteurs à haute température ; les scénarios de fluctuation de spin, de liaison de valence résonante et d'autres scénarios électroniques fortement corrélés sont en concurrence, et le rôle du pseudogap reste contesté.

Key figures

• Johannes Georg Bednorz
• Karl Alexander Müller
• Philip Warren Anderson

Seminal works

• bednorz1986
• wu1987

Frequently asked questions

Pourquoi la supraconductivité à haute température est-elle considérée comme non conventionnelle ?

Les cuprates présentent une supraconductivité bien au-delà des températures que l'appariement phononique BCS était censé permettre, ils émergent de composés parents magnétiques isolants plutôt que de bons métaux, et ils possèdent un appariement d'onde d plutôt qu'un appariement d'onde s ; leur mécanisme semble donc être électronique plutôt que celui conventionnel basé sur les vibrations du réseau.

Le mécanisme de la supraconductivité à haute température a-t-il été résolu ?

Non. Malgré des efforts considérables, le mécanisme d'appariement des cuprates reste non résolu ; il est largement considéré comme l'un des problèmes ouverts les plus importants en physique de la matière condensée.