Une étude, dont les résultats intitulés «Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition» ont été publiés dans la revue Science, a permis de découvrir un nouvel état de la matière basé sur les paires de Cooper (*).

Rappelons tout d'abord qu'en 1972, «Leon Cooper, physicien à l'université de Brown (États-Unis), a été récompensé par le prestigieux prix Nobel pour sa description du rôle des paires de Cooper dans le phénomène de supraconductivité» postulée dans les années 1950.

Plus précisément, selon la théorie, une paire de Cooper est «constituée de deux électrons, des fermions de spin ½ soumis au principe d'exclusion de Pauli» qui forment, en raison de leur union, «une quasi-particule de type boson» de spin entier «susceptible de coordonner ses mouvements avec d'autres paires semblables de manière à réduire la résistance d'un matériau à zéro».

Alors que «depuis 2007, les chercheurs considéraient ces paires de Cooper comme des sortes de quasi-particules à deux faces» (quand c'est 'pile', «elles se déplacent en toute liberté», une «caractéristique de la supraconduction», tandis que, quand c'est 'face', «elles sont totalement bloquées dans un matériau très mince qui devient alors isolant»), l'étude ici présentée vient «de montrer que, comme les métaux classiques, les paires de Cooper peuvent également conduire l'électricité avec une résistance donnée», ce qui permet de définir un nouvel état de la matière.

En fait, «il avait déjà été prouvé que cet état métallique se formerait dans les supraconducteurs en couche mince à mesure qu'ils refroidiraient jusqu'à leur température critique», mais on ne savait pas «si cet état impliquait des paires de Cooper». Grâce à une technique qui «repose sur un supraconducteur à haute température en couche mince (en l'occurrence, un oxyde mixte de baryum, de cuivre et d'yttrium (YBCO)) parsemé de réseaux de trous nanométriques», cette étude fait apparaître que «les paires de Cooper sont effectivement responsables du transport de la charge dans cet état métallique».

Notons que «les YBCO sont des supraconducteurs à haute température» et que «celui étudié ici devient supraconducteur dès -181 °C et entre dans le nouvel état décrit à «une température juste supérieure à celle-ci». Concrètement, «lorsqu'un courant circule dans ce matériau et qu'il est exposé à un champ magnétique, les porteurs de charge se mettent à orbiter autour des trous» de sorte qu'il «est possible de mesurer la fréquence à laquelle ils tournent». Ainsi, cette fréquence prouve «que deux électrons et non pas un seul» sont impliqués.

Comme «les chercheurs ignorent encore tout du mécanisme physique sous-jacent» et comme, en plus, «certains éléments de la mécanique quantique» suggèrent que cela «ne devrait pas être possible», des travaux supplémentaires s'avèrent nécessaires pour éclaircir ces mystères.

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

(*) Paire de Cooper