Des physiciens réalisent la supraconductivité à température ambiante

Des physiciens de l’Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière ont maintenu un morceau de céramique dans un état supraconducteur, réfutant l’hypothèse largement répandue selon laquelle les matériaux doivent être refroidis à des températures d’au moins -140 degrés Celsius pour atteindre la supraconductivité.

Les matériaux supraconducteurs pourraient changer tout ce qui dépend de l’énergie électrique, comme les réseaux électriques, les transports et les sources d’énergie renouvelables. En effet, ils sont capables de transporter des courants électriques sans aucune résistance, ce qui signifie que leur fonctionnement est incroyablement efficace et rentable. Sauf qu’à l’heure actuelle, ils ne le sont pas, car pour amener un matériau à l’état supraconducteur, il faut le refroidir à des températures proches du zéro absolu, ce qui a vraiment entravé le potentiel de cette technologie jusqu’à présent.

Au cours des dernières décennies, les scientifiques se sont rendu compte que les métaux refroidis à des températures d’environ -273 degrés Celsius à l’aide d’azote liquide ou d’hélium ne sont pas les seuls matériaux capables d’atteindre un état supraconducteur. Dans les années 1980, on a découvert que les matériaux céramiques pouvaient atteindre cet état à des températures nettement plus élevées (et pourtant toujours extrêmement froides), de l’ordre de -200 degrés Celsius. C’est pourquoi on les appelle des supraconducteurs à haute température.

L’un de ces matériaux céramiques, appelé oxyde d’yttrium, de baryum et de cuivre (YBCO), a depuis été distingué en raison de son grand potentiel d’utilisation dans toute une série d’applications techniques telles que les câbles supraconducteurs, les moteurs électriques et les générateurs. Fabriqué à partir de couches doubles superfines d’oxyde de cuivre empilées entre des couches de baryum, de cuivre et d’oxygène, ce matériau est conçu pour permettre la liaison d’électrons dans ce que l’on appelle des paires de Cooper, rapporte l’équipe dans un communiqué de presse.

Ces paires de Cooper d’électrons sont capables d’effectuer un “tunnel” entre les couches alternées “comme les fantômes peuvent traverser les murs, au sens figuré – un effet quantique typique”, rapportent-ils, mais on pensait que cela ne pouvait se produire qu’à des températures très basses.

Les physiciens de Max Planck ont alors décidé de voir ce qui se passerait s’ils irradiaient le matériau céramique YBCO avec des impulsions laser infrarouges. Ils ont découvert que pendant une fraction de seconde, la céramique devient supraconductrice à température ambiante. Et quand on dit “une fraction de seconde”, on veut dire une fraction : “Ce n’était que quelques millionièmes de milliseconde”, a déclaré le supraconducteur. Cependant, cette expérience réussie est la preuve qu’une telle chose est possible “, déclare Adam Clark Estes à Gizmodo. “C’est une durée de vie très, très brève pour notre nouvelle température ambiante étonnante”

L’équipe pense que cela est dû au fait que les impulsions du laser provoquent un déplacement momentané des atomes individuels dans la structure du réseau cristallin de la céramique, ce qui augmente la supraconductivité du matériau.

L’équipe explique ses résultats dans un communiqué de presse de l’Institut Max Planck :

“L’impulsion infrarouge n’avait pas seulement excité les atomes pour qu’ils oscillent, mais elle avait également déplacé leur position dans le cristal. Cela a brièvement rendu les doubles couches de dioxyde de cuivre plus épaisses – de deux picomètres, soit un centième de diamètre atomique – et la couche entre elles est devenue plus mince de la même quantité. Cela a eu pour effet d’augmenter le couplage quantique entre les doubles couches à un point tel que le cristal est devenu supraconducteur à température ambiante pendant quelques picosecondes.”

Publiant les résultats dans la revue Nature, l’équipe espère que cette découverte contribuera à stimuler le potentiel de la technologie des supraconducteurs à l’avenir. “Cela pourrait aider les scientifiques des matériaux à développer de nouveaux supraconducteurs avec des températures critiques plus élevées”, a déclaré le chercheur principal, le physicien Roman Mankowsky. “Et, à terme, atteindre le rêve d’un supraconducteur qui fonctionne à température ambiante et ne nécessite aucun refroidissement”.

Sources : Phys.org, Gizmodo