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Un supraconducteur dans des vagues d’électrons

Les électrons des métaux peuvent s’organiser à basse température pour former un réseau périodique régulier à longue distance. Ils se concentrent dans certaines positions et la densité électronique forme alors des vagues. C’est un phénomène bien connu et observé dans de matériaux que l’on nomme « onde de densité de charge ». Il existe d’autre type de métaux dans lesquels les électrons, refroidis en dessous d’une température critique deviennent « supraconducteurs ». Microscopiquement, cet état est obtenu grâce à la formation de paires d’électrons, dites de Cooper. Les électrons des paires de Cooper sont liés par une force attractive via les vibrations du réseau, les phonons.

 Lorsque les électrons se condensent dans l’état supraconducteur, leur énergie est abaissée d’une valeur Δ appelée « gap » supraconducteur étroitement liée à la température critique. Notre étude a porté sur la coexistence de ces deux états dans le composé NbSe2, et en particulier comment la supraconductivité est affectée par l’onde de densité de charge. L’alliage NbSe2 a une structure en mille-feuilles où les électrons provenant des atomes de Niobium circulent dans les feuillets tandis que les électrons provenant du Sélénium circulent entre les feuillets. En dessous de 33 K, certains électrons circulant dans le plan des feuillets forment une onde de densité de charge. Refroidi à plus basse température, en dessous de 7 kelvin (sa température critique), NbSe2 devient supraconducteur avec un gap supraconducteur affaibli par rapport aux supraconducteurs de même température critique. Est-ce que la modification de ce gap est due à la coexistence avec l’onde de densité de charge, ou est elle liée à un couplage électrons-phonons plus faible dans certaines bandes électroniques ?
Nous avons réalisé des mesures haute résolution des variations de la longueur de pénétration du champ magnétique à l’intérieur du supraconducteur (Δλ, Fig. 1), Cette longueur est directement liée aux supercourants formés par le condensat de paire de Cooper circulant dans une certaine direction cristallographique. La valeur du gap supraconducteur peut alors être obtenue directement à partir d’un ajustement numérique des courbes expérimentales (traits continus, Fig. 1) et ce pour différentes bandes électroniques. Nous avons montré que le gap supraconducteur est réduit dans au moins une des bandes où le couplage électron-phonon est fort. Parmi ces bandes l’une d’elle porte également l’onde de densité de charge. Un nouveau mécanisme à l’origine de la supraconductivité multibande pourrait être évoqué.



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