Bien qu'ils soient des isolants électriques à l'état pur, à l'état « dopé », les cristaux de cuprates comptent parmi les « nouveaux supraconducteurs »[1] (supraconducteurs non conventionnels) et de la classe dite des «supraconducteurs à haute température critique» (HTSC). Ils sont aussi classés parmi les «matériaux à électrons fortement corrélés parmi lesquels ceux qui sont isolants à cause des interactions, comme les cuprates, sont appelés isolants de Mott»[2].
En 1987, Ching-wu Chu (Paul Chu) et ses collègues ont découvert la température critiqueTc phénoménale d’un composé de Y-Ba-Cu-O (YBCO) à 93K[3]. Pour la première fois on dépassait la température de liquéfaction de l’azote (77K), ce qui permettait des démonstrations grand public et des applications techniques bien moins coûteuses[2]. On s'est alors mis à rechercher des supraconducteurs à température plus élevée, voire à température ambiante. Un exemple est l'oxyde mixte de bismuth, de calcium, de cuivre et de strontium (BSCCO ou Bi2Sr2CanCun+1O2n+6-d) avec Tc = 95–107K selon la valeur de n. L'oxyde mixte de baryum, de calcium, de cuivre et de thallium (TBCCO, TlmBa2Can−1CunO2n+m+2+δ) fut la famille suivante de cuprates supraconducteurs à haute Tc avec une Tc = 127K observée dans le Tl2Ba2Ca2Cu3O10 (TBCCO-2223) en 1988[4]. La plus haute Tc confirmée, à pression ambiante, est 133K, obtenue en 1993 avec le cuprate en couches HgBa2Ca2Cu3O8+x[5],[6]. Quelques mois plus tard, une autre équipe mesura une température critique supérieure à 150K dans le même composé sous pression (153K à 150kbar)[7].
Les cuprates d'yttrium ou de baryum sont les plus facile à produire, même en couche mince (avant même de découvrir leurs propriétés supraconductrices, on savait les déposer couche atomique par couche atomique[8]), mais ils ne représentent pas la plus haute température critique.
les cuprates ont en commun une composition atomique en paires de « plans » faits de dioxyde de cuivre (CuO2), eux-mêmes intercalés de couches séparatrices très fines d’yttrium (épaisses de quelques atomes seulement), ces paires de plans étant isolées des autres par du baryum, de l’oxygène et des chaînes CuO[10]. Ce feuilleté atomique est soupçonné de jouer un rôle dans leurs propriétés exceptionnelles, et une certaine corrélation est observée entre le nombre de plans et la Tc (avec des variations selon les familles de cuprates)[9]. Des indices laissent penser que des relations tridimensionnelles entre les plans jouent aussi un rôle, mais encore mal comprises (et impliquant des modélisations 3D très anisotropes alors que jusqu'en 2013, la plupart des études de modèles étaient basées sur deux dimensions[2]);
une hypothèse dite « modèle de Hubbard » semble avoir depuis peu la faveur des physiciens, pour ce qui concerne la modélisation numérique[2].
(en) Z. Z. Sheng et Hermann A. M., «Bulk superconductivity at 120 K in the Tl–Ca/Ba–Cu–O system», Nature, vol.332, no6160, , p.138–139 (DOI10.1038/332138a0, Bibcode1988Natur.332..138S).
(en) A. Schilling, M. Cantoni, J. D. Guo et H. R. Ott, «Superconductivity above 130 K in the Hg–Ba–Ca–Cu–O system», Nature, vol.363, no6424, , p.56–58 (DOI10.1038/363056a0, Bibcode1993Natur.363...56S).
(en) C. W. Chu, L. Gao, F. Chen, Z. J. Huang, R. L. Meng et Y. Y. Xue, «Superconductivity above 150 K in HgBa2Ca2Cu3O8+δ at high pressures», Nature, vol.365, no6444, , p.323 (DOI10.1038/365323a0, Bibcode1993Natur.365..323C).
Laguës, M., XIE, X. M., Tebbji, H., Xiang, Z. X., Mairet, V., Hatterer, C., … et Deville-Cavellin, C. (1994), Transition résistive et diamagnétique à 250 K dans un film de cuprate déposé couche atomique par couche atomique, Comptes rendus de l'Académie des sciences. Série II, Mécanique, physique, chimie, astronomie, 318(5), 591-596.
H. Shaked, P.M. Keane, J.C. Rodriguez, F.F. Owen, R.L. Hitterman, et J.D. Jorgensen, Crystal Structure of the Hich-Tc Superconducting Copper-Oxides, Physica C. Elsivier, (1994).
Anderson, P. W. (1997). The theory of superconductivity in the high-Tc cuprate superconductors (Vol. 446). Princeton, NJ: Princeton University Press (résumé).
Chakravarty, S., Laughlin, R. B., Morr, D. K. et Nayak, C. (2001), Hidden order in the cuprates, Physical Review B, 63(9), 094503.
Comin, R., Sutarto, R., He, F., Neto, E., Chauviere, L., Frano, A., … et Damascelli, A. (2014). The symmetry of charge order in cuprates. arXiv preprint arXiv:1402.5415.
Cyr-Choinière, O. (2014). Brisure de symétrie et reconstruction anisotrope de la surface de Fermi dans la phase pseudogap des cuprates; Savoirs UdeS; Université de Sherbrooke
Defossez, A. (1999). Étude du couplage entre plans CuO2 dans des cuprates supraconducteurs feuilletés naturellement ou artificiellement (Thèse de Doctorat), et notice Inist-CNRS.
John M, Auel C, Behrens C, Marsch M, Harms K, Bosold F, … et Boche G (2000), The relation between ion pair structures and reactivities of lithium cuprates. Chemistry-A European Journal, 6(16), 3060-3068 (résumé).
Nie, L., Tarjus, G. et Kivelson, S. A. (2014). http://www.pnas.org/content/111/22/7980.full Quenched disorder and vestigial nematicity in the pseudogap regime of the cuprates]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(22), 7980-7985.
Rice T.M., Gopalan, S. et Sigrist M. (1993), Superconductivity, spin gaps and Luttinger liquids in a class of cuprates. EPL (Europhysics Letters), 23(6), 445 (résumé).
Tabis, W., Li, Y., Tacon, M. L., Braicovich, L., Kreyssig, A., Minola, M., … et Greven, M. (2014). https://arxiv.org/pdf/1404.7658 Connection between charge-density-wave order and charge transport in the cuprate superconductors]. arXiv preprint arXiv:1404.7658.