Une étude, dont les résultats intitulés «Beyond triplet: Unconventional superconductivity in a spin-3/2 topological semimetal» ont été publiés dans la revue Science Advances, rapporte que les électrons dans un supraconducteur exotique se comportent dans les ondes Bloch (*) comme si chacun avait un spin 3/2.

Rappelons tout d'abord que la supraconductivité, découverte au début du XXe siècle, est un étrange phénomène «par lequel la résistance électrique s'annule, dans certains matériaux, au-dessous d'une température critique». La théorie BCS (**) est la première théorie expliquant ce phénomène quantique, élaborée dans «les années 1950»: elle stipule «que les électrons, des fermions de spin ½, se combinent pour donner des paires de Cooper (***), sortes de quasi-particules, selon l'expression consacrée, qui se comportent comme des bosons, c'est-à-dire des particules de spin entier».

A partir du «milieu des années 1980», le domaine des matériaux supraconducteurs s'est étendu avec, en particulier, «la découverte des matériaux supraconducteurs à hautes températures critiques pour lequel il n'existe toujours pas de théorie». Dans ce contexte, l'étude ici présentée s'est focalisée «sur un semimétal étudié depuis quelques années, de type YPtBi, car composé d'yttrium, platine et bismuth».

Ce matériau, qui est «une sorte d'alliage d'Heusler» (****) , présente «des propriétés ferromagnétiques alors qu'il est formé d'éléments qui ne le sont pas» et on s'était aperçu «qu'il était supraconducteur près du zéro absolu, alors qu'il n'est pas un bon conducteur dans les conditions standards, ce qui est le cas des supraconducteurs conventionnels, tel le mercure», ce qui avait amené a considérer qu'il était un «semimétal topologique».

Pour sa part, l'étude ici présentée rapporte la découverte dans ce matériau d'un phénomène prédit «tout récemment et qui semblait impossible dans un solide»: alors que «les électrons se déplacent librement dans le supraconducteur exotique», ils se comportent dans les ondes Bloch «comme les électrons autour d'un atome, donc avec un moment cinétique qui est la composition du spin propre de chaque électron et d'un moment cinétique orbital, comme s'il tournait autour d'un noyau (soit 3/2)». Autrement dit, les paires de Cooper semblent «formées d'électrons de Bloch se comportant comme si chacun avait un spin 3/2».

En conséquence, cette travail ouvre «un tout nouveau champ d'étude pour les supraconducteurs exotiques avec de toutes nouvelles paires de Cooper formées d'électrons de Bloch, dont les moments cinétiques ne sont pas forcément de valeur ½».

Liens externes complémentaires (sources Wikipedia)

(*) Onde de Bloch

(**) Théorie BCS

(***) Paire de Cooper

(****) Alliage de Heusler