Ce métal conduisant l’électricité mais pas la chaleur défie les lois de la physique

Des chercheurs américains ont identifié un métal qui conduit l’électricité sans conduire la chaleur. Une propriété incroyablement utile qui défie notre compréhension actuelle du fonctionnement des matériaux conducteurs.

Les propriétés surprenantes du dioxyde de vanadium

Présenté dans la revue Science, le métal en question contredit la loi de Wiedemann-Franz, qui décrit que les bons conducteurs d’électricité sont proportionnellement bons conducteurs de chaleur. Habituellement, les moteurs et appareils ont tendance à chauffer lorsqu’ils sont utilisés régulièrement, ce qui n’est pas le cas du dioxyde de vanadium (VO2), matériau déjà réputé pour son étrange capacité à passer du statut d’isolant à conducteur à la température de 67 °C. Pour Junqiao Wu, auteur principal de l’étude, il s’agit « d’une découverte d’une importance fondamentale pour comprendre le comportement électronique de base des nouveaux conducteurs ».

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Cette découverte change non seulement notre conception des matériaux conducteurs, mais pourrait aussi s’avérer incroyablement utile : le métal pourrait un jour être utilisé pour convertir la chaleur perdue des moteurs et des appareils en électricité, ou même créer des revêtements et des fenêtres permettant d’isoler efficacement les bâtiments, hiver comme été. S’il existe une poignée d’autres matériaux conduisant mieux l’électricité que la chaleur, ces derniers n’affichent de telles propriétés qu’à des températures inférieures de plusieurs centaines de degrés à zéro, ce qui rend leurs applications dans le monde réel peu envisageables, à l’inverse du dioxyde de vanadium.

Un potentiel énorme

Étonnamment, les chercheurs ont découvert que la conductivité thermique que l’on pouvait attribuer aux électrons présents dans le matériau était 10 fois plus faible que celle prévue par la loi de Wiedemann-Franz. Ce qui semble s’expliquer par le fait que ces derniers se déplacent dans le matériau de façon parfaitement synchronisée. Comme l’a expliqué Junqiao Wu : « Les électrons se déplaçaient de façon homogène, un peu à la manière d’un fluide, au lieu d’évoluer de façon disparate, comme c’est le cas pour les métaux normaux. Le mouvement coordonné des électrons dans le dioxyde de vanadium limite drastiquement le transfert de chaleur. »

Fait intéressant, les chercheurs se sont aperçus qu’en mélangeant le dioxyde de vanadium avec d’autres matériaux, comme le tungstène, ils pouvaient « régler » la quantité d’électricité et de chaleur qu’il pouvait conduire, ce qui pourrait s’avérer extrêmement utile dans le cadre d’applications futures. Utiliser de tels alliages pourrait notamment contribuer à dissiper la chaleur d’un appareil, en ne conduisant la chaleur qu’à partir d’un certain seuil de température.

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S’il reste encore beaucoup de recherches à effectuer avant que ce matériau innovant ne puisse être produit et utilisé à grande échelle, ses propriétés étonnantes pourraient permettre des avancées majeures dans de nombreux secteurs de l’industrie dans les années à venir.

Physicists Have Identified a Metal That Conducts Electricity But Not Heat https://t.co/Xp6hPqgfBi

— ScienceAlert (@ScienceAlert) November 30, 2019