Supraconducteurs cuprates, le synchrotron de Grenoble défait une certitude de quarante ans

Dans une ligne de lumière du synchrotron européen de Grenoble, un éclat de cristal de quinze à vingt micromètres a contredit quarante ans de manuels. L’étude, parue le 17 septembre 2026 dans Physical Review Letters, est signée Evie Ladbrook et Mark Senn (université de Warwick) avec Jon Wright (ESRF). Elle montre que le cuprate LESCO n’a rien d’uniforme.

Vu de près, le cristal ressemble à une mosaïque de salle de bain : des carreaux de deux structures atomiques voisines, séparés par des joints bien trop épais. Financé à 27,5 % par la France, le synchrotron ESRF de Grenoble a révélé en septembre 2026 des parois d’environ 150 nanomètres dans le cuprate LESCO, des centaines de fois plus larges que prévu. Ces frontières sont si épaisses qu’elles se comportent presque comme une structure à part entière (communiqué de l’université de Warwick).

Des cuprates découverts en Suisse en 1986

Karl Alex Müller et Georg Bednorz découvrent les cuprates en 1986, au laboratoire d’IBM à Rüschlikon, près de Zurich. Leurs températures de transition dépassent de loin celles des supraconducteurs classiques. Le Nobel de physique suit dès 1987 (université de Zurich). Depuis, les modèles traitent ces oxydes de cuivre comme des cristaux identiques d’un bout à l’autre.

« Depuis quarante ans, l’hypothèse de travail veut que ces matériaux soient identiques de part en part, et presque toute la théorie repose sur cette image. Nous avons montré que ça ne tient pas. »

Mark Senn, professeur de chimie (université de Warwick)

LESCO réunit lanthane, europium, strontium, cuivre et oxygène, avec un dopage d’un huitième. Ce composé sert de cas d’école aux physiciens. La supraconductivité y entre en concurrence avec un ordre électronique rival, les ondes de densité de charge (prépublication sur arXiv).

Ce que la ligne ID11 a vu

La mesure a été faite sur la ligne ID11 de l’ESRF. Le faisceau de rayons X, réglé à 43,5 kiloélectronvolts, y est concentré sur 120 nanomètres. La diffraction X tridimensionnelle à balayage (3DXRD) fonctionne comme un scanner médical appliqué aux atomes. Elle cartographie les déformations du réseau avec une résolution de 30 à 70 nanomètres, dans tout le volume de l’échantillon.

L’équipe a refroidi le cristal de 300 kelvins (environ 27 °C) à 100 kelvins (environ moins 173 °C), avec des arrêts à 140 et 120 kelvins. Vers 160 kelvins, LESCO change de phase cristalline. À température ambiante, des parois d’environ 150 nanomètres séparent déjà des domaines espacés de 0,5 à 2 micromètres. À 100 kelvins, de fines rayures de l’ancienne structure persistent, prises dans la nouvelle.

Une paroi de 150 nanomètres tous les 0,5 à 2 micromètres : une ligne tracée à travers le cristal passe entre 7,5 et 30 % de son trajet dans une frontière. Le tout dans un éclat de vingt micromètres.

Des mesures à relire

Les auteurs estiment que des mesures existantes devront être réinterprétées, rapporte ScienceAlert. Leur article relève que la portée de ces hétérogénéités pour les propriétés du matériau a été « apparemment négligée » pendant trois décennies. Des observations en microscopie électronique sur un cuprate voisin en avaient pourtant donné des indices. Mark Senn va plus loin. Selon lui, ces larges zones frontières jouent « probablement contre la supraconductivité », au lieu de simplement coexister avec elle.

Pour la quête d’un supraconducteur à température ambiante, c’est un paramètre de plus. Si les parois nuisent au phénomène, leur largeur devient une variable à mesurer, peut-être à régler. Le principe de base, un courant qui circule sans aucune résistance, le CEA l’explique dans sa série « Comment ça marche ».

Et chez nous ?

Une installation financée d’abord par la France

L’ESRF est un équipement international, et la France en est le premier contributeur. Elle apporte 27,5 % du budget, devant l’Allemagne (24 %), l’Italie (13,2 %) et le Royaume-Uni (10,5 %), pays de l’université de Warwick (pays membres de l’ESRF). France et Allemagne réunies couvrent 51,5 % du budget. La part française pèse 2,6 fois celle des Britanniques. Le tableau ci-dessous rapporte la contribution de chaque pays membre à titre individuel à celle de la France.

La modernisation, étalée de 2015 à 2022, a coûté 150 millions d’euros, et l’anneau a rouvert aux utilisateurs en 2020. Ses faisceaux sont cent fois plus brillants et plus cohérents que ceux des sources de l’époque (programme ESRF-EBS). La même installation grenobloise a aussi servi à démêler la torsion de la défense du narval.

Article créé en collaboration avec l’IA.