Les matériaux supraconducteurs peuvent transporter de l’électricité sans perte d’énergie uniquement en dessous de la température critique (TC) de chaque matériau, qu’est, pour tous les supraconducteurs découverts à ce jour, très loin des conditions ambiantes. Par ailleurs, le mécanisme physique de la supraconductivité est encore mal compris, et les chercheurs sont donc continuellement à la recherche de nouveaux matériaux supraconducteurs. En 2019, une nouvelle famille de supraconducteurs a été découverte dans des composés de nickel en couches minces, une structure appelée « couche infinie », avec TC≈10-15K. Cette découverte a lancé un tout nouveau domaine de recherche, dont les progrès sont aujourd’hui entravés par la complexité de la synthèse de ces matériaux. Il s’agit d’une synthèse en deux étapes qui nécessite de partir d’une phase parente de haute qualité puis d’effectuer une réduction chimique afin d’éliminer sélectivement un tiers des atomes d’oxygène de la structure. Dans ce travail, nous identifions les ingrédients clés permettant d’obtenir des couches minces supraconductrices et mettons en évidence l’importance de l’optimisation combinée des deux étapes de la synthèse. Nos résultats contribueront à améliorer la synthèse de ces composés et encourageront, nous l’espérons, d’autres groupes de recherche à synthétiser des films supraconducteurs, rares à ce jour, ce qui fera avancer la recherche expérimentale dans ce domaine naissant.

“Towards reliable synthesis of superconducting infinite layer nickelate thin films by topochemical reduction”, A. Gutiérrez-Llorente et al., Advanced Science, 2309092 (2024)

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202309092

Nickelates supraconducteurs

À gauche, image de microscopie électronique à transmission à balayage (STEM) de la structure étudiée dans ce travail, composée d'un substrat de SrTiO3 (STO), d'une couche mince de Pr0.8Sr0.2NiO2 (PSNO2) et d'une couche de recouvrement de STO. Au centre, image TEM à résolution atomique de l'interface mise en évidence dans le panneau de gauche par un rectangle orange en pointillés, et image 4D-STEM révélant l'absence d'atomes d'oxygène apicaux, confirmant ainsi la structure en couches infinies du film mince de nickelate. Sur le panneau de droite, dépendance en température de la résistivité ρ(T) de l'échantillon à couche infinie, montrant la transition supraconductrice avec un TC ⁓ 8 K.