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Résultat scientifique | Recherche fondamentale

Une transition de phases entre deux phases… quasi-identiques !


​Une collaboration impliquant l'Inac a mis en évidence une étonnante transition entre deux phases possédant la même symétrie magnétique. Cette particularité interdit que la transition de phase soit pilotée par le magnétisme, ce qui impose le corollaire suivant : la nature même de la supraconductivité a changé ! 

Publié le 24 novembre 2017
​Si la plus connue est incontestablement la transition de phase liquide-solide, d'autres transitions (paramagnétique-ferromagnétique, métal-isolant, etc.) sont des cas d'école pour les physiciens. Ces changements d'état sont commandés par des fluctuations thermiques ou quantiques qui déstabilisent une phase au profit d'une autre, organisée différemment. D'où l'énorme surprise des chercheurs de découvrir une transition entre deux phases magnétiques identiques dans le supraconducteur CeCoIn5, en présence d'un champ  magnétique.

CeCoIn5 est un système modèle permettant d'étudier les interactions entre magnétisme et supraconductivité. Quand on substitue à 5 % des atomes de cérium de CeCoIn5 des atomes de néodyme, un ordre magnétique apparaît au sein de la phase supraconductrice. Cet ordre, analogue à l'antiferromagnétisme, est constitué d'une onde de moments magnétiques ordonnés, appelée onde de spin. Les chercheurs ont étudié le comportement de cette phase sous champ magnétique grâce à des expériences de de diffraction de neutrons à l'Institut Laue-Langevin (Grenoble) et à l'Institut Paul Scherrer (Suisse).

Ils ont observé que l'application d'un champ de 8 teslas efface l'onde de densité de spin selon un processus bien compris. Mais de manière inattendue, l'ordre magnétique est ensuite réapparu, toujours pour la même valeur du champ magnétique de 8 teslas, en reformant exactement la même onde de densité de spin. L'existence d'une telle instabilité suggère aux physiciens qu'il se produit un changement dans les propriétés supraconductrices en présence d'un champ magnétique, plus précisément un changement de symétrie de la fonction d'onde des paires électroniques de Cooper (associées à la supraconductivité). L'ordre magnétique et la supraconductivité finissent par disparaître quand le champ magnétique atteint 11 teslas.   

Ce résultat questionne la compréhension d'états de la matière où s'entremêlent magnétisme et supraconductivité et ne manquera pas d'inspirer d'autres travaux, tant théoriques qu'expérimentaux.

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