Des physiciens viennent de trouver la première preuve que la supraconductivité peut être gauchère ou droitière

Des scientifiques ont trouvé la première preuve que la supraconductivité, l’un des phénomènes les plus intrigants et les plus lucratifs de la physique, peut être gauchère ou droitière. Ou, plus précisément, que les matériaux supraconducteurs peuvent présenter une chiralité.

La chiralité est fréquemment observée dans la nature – les matériaux chiraux sont ceux qui ont des versions d’eux-mêmes en image miroir qui ne sont pas identiques, tout comme une main gauche et une main droite. Mais jusqu’à présent, la chiralité et la supraconductivité – la capacité d’un matériau à transmettre l’électricité avec une résistance nulle – n’avaient jamais été observées dans le même matériau.

Aujourd’hui, une équipe internationale de chercheurs a observé un courant supraconducteur circulant dans une seule direction à travers un nanotube chiral – la première observation d’un matériau chiral agissant comme un supraconducteur.

C’est important, car la supraconductivité est l’un des phénomènes les plus recherchés en physique. Actuellement, il se produit lorsque l’on refroidit certains matériaux à des températures très froides, inférieures à environ 5,8 K (-267°C ou -440°F).

Dans ce cas, les matériaux supraconducteurs commencent à transporter les électrons à travers eux sans aucune résistance, ce qui les rend incroyablement puissants.

La supraconductivité est déjà utilisée pour créer les puissants champs magnétiques des appareils d’IRM et des trains à sustentation magnétique, mais si les scientifiques parviennent à l’exploiter à des températures plus stables, elle pourrait révolutionner la façon dont nous transportons l’électricité dans le monde entier – les réseaux actuels perdent jusqu’à 7 % de leur électricité en raison de la résistance.

Il est compréhensible que les scientifiques veuillent en savoir plus sur la supraconductivité.

Auparavant, la supraconductivité n’avait été démontrée que dans des matériaux “achiraux”, c’est-à-dire des matériaux qui peuvent être retournés et réfléchis dans tous les sens et qui restent identiques. Cela signifie que le courant supraconducteur avait toujours été vu comme circulant sans résistance dans les deux sens.

Mais de nombreux matériaux sont chiraux, avec des effets importants, et les scientifiques ont donc cherché à savoir si l’un d’entre eux pouvait également être supraconducteur.

“La chiralité des matériaux est connue pour affecter les propriétés optiques, magnétiques et électriques, provoquant une variété de phénomènes non triviaux”, écrivent les chercheurs, dirigés par Yoshihiro Iwasa de l’université de Tokyo, au Japon, dansNature Communications.

L’un des choix évidents pour un supraconducteur chiral était les nanotubes de carbone, parce qu’ils sont chiraux, supraconducteurs et couramment disponibles, comme le note Lisa Zyga pour Phys.org.

Mais lors d’expériences précédentes, les chercheurs n’avaient réussi à démontrer la supraconductivité que dans des groupes de nanotubes, et non dans des nanotubes individuels – ce qui est nécessaire pour déterminer la chiralité.

C’est ce que Iwasa et son équipe ont réussi à faire.

“La signification la plus importante de notre travail est que la supraconductivité est réalisée dans un nanotube individuel pour la première fois”, a déclaré l’un des chercheurs, Toshiya Ideue, à Zyga.

“Cela nous permet de rechercher des propriétés supraconductrices exotiques provenant de la structure caractéristique (tubulaire ou chirale)”

Pour ce faire, ils ont utilisé un matériau supraconducteur bidimensionnel appelé disulfure de tungstène.

Ils ont refroidi un seul nanotube de disulfure de tungstène à 5,8 K (-267°C ou -440°F), l’ont parcouru d’un courant et ont observé qu’il devenait supraconducteur – ce qui signifie que sa résistance normale diminuait de moitié.

L’équipe a ensuite appliqué un champ magnétique parallèle au nanotube et a observé de petits signaux antisymétriques ne se déplaçant que dans une seule direction.

Qin et al., Nature Communications

“Le transport électrique asymétrique ne se réalise que lorsqu’un champ magnétique est appliqué parallèlement à l’axe du tube”, explique Ideue à Phys.org.

“En l’absence de champ magnétique, le courant devrait circuler de manière symétrique. Nous notons que le courant électrique devrait être asymétrique (si le champ magnétique est appliqué parallèlement à l’axe du tube) même dans l’état normal (région non supraconductrice), mais nous n’avons pu voir aucun signal discernable dans l’état normal ; pourtant, il est intéressant de noter qu’il présente une forte augmentation dans la région supraconductrice.”

L’équipe ne sait pas encore exactement ce qui cause ces signaux asymétriques, mais son prochain objectif est de les étudier plus en profondeur, tout en commençant à explorer la relation entre la supraconductivité et la chiralité.

Si nous parvenons à le découvrir, cela pourrait contribuer à débloquer le potentiel des “diodes” supraconductrices qui ne permettent à l’électricité de circuler que dans un seul sens, et pourraient constituer des circuits plus sophistiqués à l’avenir.

Il est encore tôt, mais nous entrons maintenant dans une nouvelle phase de la supraconductivité. Prochaine étape : faire en sorte qu’elle se produise de manière stable à température ambiante.

Ces recherches ont été publiées dans Nature Communications.