En s’appuyant sur des simulations informatiques, des chercheurs de l’université de Chicago ont déterminé qu’il était théoriquement envisageable de fabriquer un matériau pouvant conduire à la fois l’électricité et l’énergie sans pertes.

Une découverte importante

Publiées dans la revue Physical Review B, ces recherches suggèrent une structure pour un type de matière entièrement nouveau, qui pourrait avoir des applications technologiques très utiles dans le monde réel. « Nous avons commencé par essayer de répondre à une question vraiment fondamentale, pour voir si cela était possible – nous pensions que ces deux propriétés [conduire à la fois la chaleur et l’électricité sans pertes] pourraient être incompatibles au sein d’un seul matériau », déclare le co-auteur et conseiller en recherche David Mazziotti, expert en structure électronique moléculaire et co-auteur de l’étude.

« Mais à notre grande surprise, nous avons découvert que les deux états s’enchevêtrent en fait à un niveau quantique, et se renforcent donc mutuellement », poursuit le chercheur. Une quantité incalculable d’énergie étant perdue chaque année par les lignes électriques, les moteurs et autres machines, les scientifiques sont impatients de trouver des alternatives plus efficaces. « À bien des égards, c’est la question la plus importante du XXIe siècle : comment produire et transporter de l’énergie avec un minimum de pertes », ajoute Mazziotti.

Bien que nous connaissions les supraconducteurs – un type de matériau qui peut conduire l’électricité avec une perte presque nulle – depuis plus d’un siècle, ce n’est que récemment que les scientifiques ont réussi à fabriquer en laboratoire un matériau similaire capable de conduire l’énergie avec une perte quasi nulle, appelé condensat d’exciton.

Combiner supraconductivité et condensats d’exciton

Toutefois, les supraconducteurs et les condensats d’exciton se trouvent tous deux être des matériaux difficiles à fabriquer et à maintenir en fonctionnement, en partie parce que les scientifiques ne comprennent pas entièrement leur fonctionnement et que la théorie qui les sous-tend est incomplète. Nous savons cependant que les deux impliquent l’action de la physique quantique. Afin de trouver un matériau au sein duquel ces deux états coexisteraient, la chercheuse LeeAnn Sager a étudié différentes combinaisons de structures et de produits chimiques via un modèle informatique.

Et il s’est avéré que plusieurs combinaisons étaient théoriquement envisageables, et remettaient en question la notion conventionnelle voulant que deux états ne soient pas liés. Grâce à l’intrication quantique, les condensats doubles pourraient même être envisagés à l’échelle macroscopique, c’est-à-dire visibles à l’œil nu. « Cela implique que de tels condensats puissent être réalisés dans de nouveaux matériaux, tels qu’une double couche de supraconducteurs », indiquent les chercheurs américains, qui comptent prochainement tester leurs théories avec des matériaux réels.

« Pouvoir combiner la supraconductivité et les condensats d’exciton serait incroyable pour de nombreuses applications, en particulier dans les domaines de l’électronique et de l’informatique quantique », note Shiva Safaei, troisième auteure de l’étude. « Bien qu’il s’agisse d’une première étape, elle semble extrêmement prometteuse », conclut la chercheuse.

— Gorodenkoff / Shutterstock.com

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