Effets du Niobium sur la Superconductivité dans MoB2

Les supraconducteurs sont des matériaux qui peuvent conduire l'électricité sans résistance quand ils sont refroidis en dessous d'une certaine température. Cette température est appelée Température Critique. Des recherches ont montré que certains composés montrent une supraconductivité à haute pression. Un de ces composés, c'est le MoB2, qui devient supraconducteur à des températures supérieures à 30 K sous des pressions autour de 100 GPa. Cependant, quand on ajoute du niobium (Nb) au MoB2, sa température critique diminue fortement.

#L'effet de la substitution par le Nb

Ajouter du Nb au MoB2 crée un composé appelé Nb0.25Mo0.75B2. Ce composé garde la même structure cristalline que le MgB2, connu pour ses propriétés supraconductrices. À pression ambiante, Nb0.25Mo0.75B2 peut devenir supraconducteur autour de 8 K. Pourtant, les expériences montrent qu'à des pressions plus élevées, la température critique diminue au début et commence à remonter seulement à des pressions au-dessus de 50 GPa.

Les investigations révèlent qu même à des pressions allant jusqu'à 170 GPa, la température critique de Nb0.25Mo0.75B2 est significativement inférieure à celle du pur MoB2 dans des conditions similaires. Ça montre que l'ajout de Nb nuit à la capacité supraconductrice du MoB2.

#Mesures de Résistivité électrique à haute pression

Pour étudier comment la résistivité électrique de Nb0.25Mo0.75B2 change sous haute pression, les chercheurs ont effectué des mesures de résistivité en faisant varier la pression. Ils ont découvert qu'en dessous de 50 GPa, la résistivité diminue avec l'augmentation de la pression. Cependant, à des pressions supérieures à 50 GPa, une augmentation progressive de la température critique est notée, accompagnée d'un élargissement de la zone de transition.

Les mesures de résistivité indiquent qu'il n'y a pas de transition de phase structurelle dans le composé jusqu'à 171 GPa, car la résistivité reste constante avec les changements de pression. Cette stabilité est confirmée par une série d'expériences de diffraction X qui montrent que la structure originale persiste même sous la pression la plus élevée.

#Résultats de diffraction X

Les études de diffraction X ont été cruciales pour examiner les effets de la pression sur les propriétés structurelles de Nb0.25Mo0.75B2. Ces expériences démontrent que le composé garde son intégrité structurelle jusqu'à 161 GPa. Le motif observé indique que les caractéristiques structurelles importantes sont conservées sous pression, soulignant le lien entre la structure et la supraconductivité.

#Comparaison entre MoB2 et MoB2 substitué par Nb

En comparant Nb0.25Mo0.75B2 au MoB2 pur, des différences notables apparaissent dans leurs propriétés supraconductrices. Alors que le MoB2 montre des températures critiques élevées sous pression, la version substituée par Nb affiche une supraconductivité bien plus faible. Les calculs suggèrent que la substitution par le Nb mène à un Couplage électron-phonon plus faible, ce qui impacte la capacité du matériau à maintenir la supraconductivité.

#Rôle du couplage électron-phonon

L'interaction entre les électrons et les phonons (vibrations des atomes dans un réseau) joue un rôle essentiel dans la possibilité de supraconductivité. Dans le cas de Nb0.25Mo0.75B2, le couplage électron-phonon est plus faible comparé au MoB2 pur. Cette réduction du couplage peut gêner l'échange d'énergie crucial pour la supraconductivité. Malgré les modèles théoriques qui suggèrent le contraire, la suppression observée de la température critique reste substantielle.

#Fluctuations de spin et leur impact

Un autre facteur influençant le comportement supraconducteur dans Nb0.25Mo0.75B2 pourrait être les fluctuations de spin. Ces fluctuations se produisent à cause de la nature des spins d'électrons dans le matériau. La présence de Nb pourrait induire des fluctuations de spin qui contribuent encore à la suppression des propriétés supraconductrices. Cela est observé dans d'autres métaux de transition, où la dynamique des spins affecte la supraconductivité.

#Exploration d'autres Substitutions chimiques

Étant donné les résultats concernant l'effet du Nb sur la supraconductivité du MoB2, ça soulève la question de savoir si d'autres substitutions chimiques pourraient améliorer les propriétés supraconductrices dans les composés diborides. Explorer des substitutions alternatives pourrait révéler des pistes pour atteindre des températures critiques supraconductrices plus élevées à des pressions plus basses ou ambiantes.

#Conclusion

L'étude du MoB2 substitué par le Nb illustre les complexités de la supraconductivité dans les matériaux. Alors que des conditions de haute pression peuvent favoriser la supraconductivité dans le MoB2 pur, l'ajout de Nb entraîne une forte suppression de sa température critique. Comprendre les interactions et les relations entre les propriétés structurelles, le couplage électron-phonon et la dynamique des spins est crucial pour faire avancer la recherche sur les supraconducteurs. Les recherches futures se concentreront sur d'autres substitutions et le potentiel de découvrir de nouveaux matériaux capables d'atteindre de hautes températures supraconductrices.