Un supraconducteur fonctionne à des températures que l’on croyait impossibles

Si les différentes propriétés des supraconducteurs en font des matériaux de plus en plus recherchés dans divers domaines, certaines limites empêchent une utilisation optimale de la supraconductivité. Dans une récente étude, une nouvelle piste a été trouvée pour surmonter l’une de ces limites.

Rappel : qu’est-ce que la supraconductivité ?

La supraconductivité est la propriété de certains matériaux à conduire l’électricité en courant continu sans résistance ni perte d’énergie lorsqu’ils sont refroidis en dessous d’une température critique. Autrement dit, un supraconducteur est défini comme une substance qui n’offre aucune résistance au courant électrique lorsque la température à laquelle la résistivité électrique du matériau tombe à zéro. Ces propriétés confèrent aux supraconducteurs une grande utilité dans de nombreuses technologies modernes comme les accélérateurs de particules, les ordinateurs quantiques et les appareils d’IRM.

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Parmi les exemples les plus connus de supraconducteurs, on trouve l’aluminium, l’étain, le mercure, le plomb, le niobium, l’oxyde de cuivre, l’yttrium, le baryum et les ponctures de fer. En ce qui concerne la température critique à laquelle ces matériaux acquièrent effectivement un état supraconducteur, cela se situe actuellement entre -135 degrés Celsius et -250 degrés Celsius. Ces températures extrêmement basses sont absolument nécessaires pour octroyer l’état supraconducteur à certains matériaux, et cela constitue l’une des principales limites à leur utilisation.

En effet, un tel niveau de refroidissement nécessite l’usage de méthodes de refroidissement particulièrement complexes, énergivores et coûteuses. Pour faire face à ce problème, les scientifiques cherchent des techniques ou des matériaux permettant d’avoir un état supraconducteur à des températures moins extrêmes, voire à température ambiante. Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’université Stanford ont réalisé un nouvel exploit dans ce sens. D’après les résultats de l’étude publiée dans la revue Science, les chercheurs ont identifié l’appariement d’électrons à des températures plus élevées, ce que l’on croyait jusqu’à présent impossible.

Superconductor Feature Seen Operating at Temperatures Once Thought Impossible https://t.co/TqG6LekFh3

— ScienceAlert (@ScienceAlert) August 16, 2024

Une nouvelle piste pour induire la supraconductivité à température ambiante

Il faut comprendre que l’appariement des électrons – ou paire de Cooper – est un comportement fondamental des supraconducteurs. En fait, la supraconductivité résulte des ondulations laissées par les électrons lorsqu’ils se déplacent dans un matériau. Ces ondulations attirent les noyaux atomiques les uns vers les autres, provoquant à leur tour un léger décalage de charge qui attire un deuxième électron vers le premier. Mais jusqu’à présent, cet appariement des électrons ne s’est produit qu’à des températures proches du zéro absolu.

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Cependant, cela n’a pas été le cas dans cette nouvelle étude, puisque ce phénomène s’est partiellement produit à -133 degrés Celsius. C’est actuellement la température la plus élevée ayant permis d’induire un appariement d’électrons. Plus étonnant encore, ces paires de Cooper se sont formées dans un matériau supraconducteur peu conventionnel : le cuprate. Étant donné qu’il s’agit d’un isolant antiferromagnétique, il était jusqu’à présent considéré que l’appariement d’électrons était hautement improbable dans ce matériau.

Pour l’instant, les scientifiques ignorent pourquoi les électrons forment des paires de Cooper à des températures relativement élevées dans les cuprates. Cependant, le simple fait que cela soit possible offre de nouvelles perspectives dans la recherche de nouveaux matériaux pouvant atteindre un état supraconducteur à température ambiante. Par ailleurs, des chercheurs annoncent la création d’un supraconducteur à température et pression ambiantes.