La supraconductivité est liée à l'appariement des électrons de conduction en paires "de Cooper". Pour les systèmes à fermions lourds* ainsi que dans les oxydes de cuivre supraconducteurs à haute température critique, il a été largement proposé que cet effet pouvait avoir comme origine un mécanisme d'origine magnétique. Cependant, l'existence de fortes corrélations électroniques et de phases en compétition complique de fait la situation et rendent difficile la vérification d'un modèle magnétique pour la supraconductivité. Dans les composés pnictures de Fe, la proximité de la supraconductivité et d'une phase antiferromagnétique dans le diagramme de phase relance fortement l'hypothèse de paires de Cooper stabilisées par les fluctuations magnétiques. Cette option est d'autant plus plausible que le couplage électron-phonon, responsable de la supraconductivité usuelle, est notablement faible dans ces matériaux.

Afin d'établir la validité de cette hypothèse, il faut connaitre le détail du spectre des excitations magnétiques au dessus de la transition supraconductrice T_c. En effet, la plupart des théories de la supraconductivité supposent l'existence d'une interaction attractive entre électrons déjà présente dans l'état normal (T > T_c). Il faut de plus que cette "colle" soit assez robuste pour conduire à une supraconductivité à haute température critique (T_c).

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Structure atomique du composé BaFe₂As₂ qui présente un ordre antiferromagnétique. La substitution du Fe par le Co permet un dopage en électrons. Par dopage avec 15 % de Co, la température de la transition magnétique est abaissée et la supraconductivité apparaît en dessous de la température critique de 25 K.

 

Par diffusion inélastique de neutrons** dans le composé à dopage optimal BaFe_1.85Co_0.15As₂ (T_c = 25 K) nous avons pu déterminer la susceptibilité magnétique sur une large gamme d'énergie et de température [3]. La section efficace de diffusion de neutrons est directement proportionnelle à la partie imaginaire de la susceptibilité magnétique (liée à l'atténuation due aux pertes dans le solide) qui est représentée sur la figure en unité absolue dans la phase normale et dans la phase supraconductrice. Dans l'état normal, le poids spectral de ces fluctuations magnétiques est en accord avec les prédictions de la théorie d'un métal avec des corrélations antiferromagnétiques (cf le modèle décrivant les données sur la figure). Ce magnétisme itinérant serait induit par des propriétés topologiques particulières des surfaces de Fermi. Dans la phase supraconductrice, on observe un pic de résonance autour de 9.5 meV avec l'ouverture d'un gap de spin à 3 meV. Avec la température, l'énergie de cette résonance diminue en suivant exactement l'évolution thermique de deux fois le gap supraconducteur (énergie nécessaire pour briser une paire de Cooper) comme prédit par la théorie conventionnelle du magnétisme itinérant.

L'ensemble de ces observations implique que la dynamique de spins dans les pnictures de Fe peut être simplement décrite par une théorie de magnétisme itinérant attendue pour un liquide de Fermi. Cela pose une base solide pour les modèles où la supraconductivité est induite par le magnétisme.