Des physiciens ont obtenu la supraconductivité dans un matériau non supraconducteur

Pour la première fois, des chercheurs ont réussi à obtenir un supraconducteur. La supraconductivité – le phénomène de conductivité électrique avec une résistance nulle – dans un matériau qui n’est pas une matière première

Cette nouvelle technique démontre un concept qui a été proposé pour la première fois dans les années 1970, mais qui n’avait jamais été prouvé jusqu’à présent. Elle pourrait permettre de rendre les supraconducteurs existants, comme ceux utilisés dans les appareils d’IRM ou les trains maglev, moins chers et plus efficaces à des températures plus élevées.

“La supraconductivité est utilisée dans de nombreux domaines, dont l’IRM (imagerie par résonance magnétique) est peut-être le plus connu”, a déclaré le chercheur principal, Paul C. W. Chu, de l’université de Houston.

Mais les matériaux supraconducteurs pourraient révolutionner toute une série d’autres industries s’ils étaient plus viables commercialement. Les supraconducteurs peuvent non seulement être utilisés pour construire des systèmes de transport ultrarapides et sans frottement, comme les trains à sustentation magnétique et l’Hyperloop, mais ils pourraient également rendre nos réseaux électriques beaucoup plus efficaces.

À l’heure actuelle, les matériaux que nous utilisons pour transmettre l’électricité des centrales électriques à nos foyers perdent jusqu’à 10 % de leur énergie au cours du trajet. Les supraconducteurs ne perdraient pas du tout d’électricité, de sorte que les compagnies d’électricité pourraient nous fournir plus d’énergie sans avoir à en produire davantage.

Ce qui freine toutes ces applications, c’est que les matériaux supraconducteurs commerciaux doivent être refroidis à environ -269,1 degrés Celsius pour atteindre une résistance électrique nulle, ce qui est incroyablement coûteux et énergivore.

Même les meilleurs supraconducteurs encore testés en laboratoire ne peuvent atteindre une supraconductivité supérieure à -70 degrés Celsius. Et les chercheurs s’efforcent de rapprocher cette température, appelée température critique (ou Tcs), de la température ambiante.

Depuis des décennies, les scientifiques pensent qu’une meilleure façon d’augmenter les températures de supraconductivité serait de trouver un moyen d’induire la supraconductivité dans des matériaux non supraconducteurs.

L’idée est que si les chercheurs parviennent à trouver un moyen de rendre des matériaux ordinaires supraconducteurs, cela ouvrirait de nouvelles voies pour faire fonctionner les matériaux supraconducteurs à des températures encore plus élevées.

L’équipe de l’université de Houston a franchi la première étape en induisant la supraconductivité au point de rencontre de deux phases d’un matériau, appelé interface.

Ils y sont parvenus dans l’arséniure de calcium et de fer (CaFe2As2), un matériau qui n’est pas supraconducteur.

“L’un des moyens proposés depuis longtemps pour améliorer le Tcs consiste à tirer parti des interfaces assemblées artificiellement ou naturellement”, écrivent les chercheurs.

“Le présent travail démontre clairement que des Tcs élevés dans le composé non supraconducteur bien connu CaFe2As2 peuvent être induits par l’empilement de couches antiferromagnétiques/métalliques et fournit la preuve la plus directe à ce jour pour les Tcs améliorés par l’interface dans ce composé.”

Alors, comment cela fonctionne-t-il ? L’idée que la supraconductivité puisse être induite – ou même renforcée – à l’interface où deux matériaux différents se rencontrent a été proposée pour la première fois dans les années 1970.

Mais bien que de nombreuses équipes de recherche aient tenté de montrer que cela fonctionne, les expériences passées qui ont permis d’obtenir la supraconductivité ne pouvaient pas exclure que les effets de la contrainte ou du dopage chimique n’altèrent pas les résultats, de sorte que l’effet n’a jamais été validé jusqu’à présent.

Pour vérifier ce qui se passait, les chercheurs de Houston ont travaillé à pression ambiante et ont utilisé de l’arséniure de fer et de calcium non dopé.

Ils ont ensuite chauffé le matériau à 350 degrés Celsius pour réaliser un processus appelé recuit, au cours duquel le matériau se refroidit lentement après avoir été chauffé.

Ce processus a provoqué l’apparition de deux phases distinctes dans l’arséniure de fer et de calcium qui se refroidit de manière inégale.

Bien qu’aucune de ces deux phases ne soit supraconductrice, l’équipe a pu détecter la supraconductivité au point où les deux phases coexistent, ce qui prouve que l’hypothèse de l’interface est réelle.

L’arséniure de fer et de calcium a atteint la supraconductivité à environ 25 kelvins, soit environ -248,15 degrés Celsius, ce qui n’est pas encore très utile pour l’industrie.

Mais la prochaine étape consistera à utiliser ce même processus pour trouver des moyens de rendre les supraconducteurs à haute température existants plus efficaces à ces points d’interface.

Le chemin est encore long avant que cette technique ne soit utilisée à des fins commerciales, mais il s’agit d’une étape prometteuse vers le développement de matériaux supraconducteurs moins chers et plus performants à l’avenir.

Faites venir les trains en lévitation.

Les recherches ont été publiées dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.