Le sulfure d’hydrogène bat le record de température des supraconducteurs

Des chercheurs allemands ont confirmé que le sulfure d’hydrogène – le composé qui donne aux œufs pourris et aux pets leur odeur caractéristique – peut conduire l’électricité sans résistance à une température record de -70 °C. Battant le précédent record d’environ -110 °C, cette recherche nous rapproche de plus en plus du rêve d’un supraconducteur à température ambiante qui pourrait un jour tout changer dans la façon dont nous produisons et transmettons l’énergie.

La possibilité d’atteindre la supraconductivité sans refroidissement ne révolutionnerait pas seulement les technologies qui en dépendent déjà, comme les trains maglev, les appareils d’IRM et les accélérateurs de particules, mais tous nos appareils électroniques deviendraient soudainement ultra-efficaces. En ne perdant aucune énergie pour résister sans avoir recours au refroidissement industriel, tout, des éoliennes aux moteurs électriques en passant par les chargeurs d’ordinateurs portables, aurait besoin de beaucoup moins d’électricité pour fonctionner.

L’équipe de l’Institut Max Planck de chimie a eu les premiers indices que le sulfure d’hydrogène valait la peine d’être étudié en décembre dernier. Elle rapporte aujourd’hui qu’en utilisant une enclume en diamant pour soumettre des échantillons de sulfure d’hydrogène à une pression extrême – environ 1,5 million d’atmosphères (150 gigapascals) – et en les refroidissant à -70 °C, ils se sont transformés d’un gaz en un métal et ont atteint la supraconductivité.

La supraconductivité se définit par deux caractéristiques principales : une résistance électrique nulle et ce que l’on appelle l’effet Meissner. L’effet Meissner se produit lorsqu’un matériau passe de l’état normal à l’état supraconducteur et exclut les champs magnétiques de son intérieur. C’est ce phénomène qui fait léviter les aimants au-dessus d’un supraconducteur.

Non seulement la température relativement élevée utilisée pour atteindre cet état dans le sulfure d’hydrogène est passionnante, mais Edwin Cartlidge rapporte dans le magazine Nature que les scientifiques sont également très intéressés par ce résultat “parce qu’il a été obtenu sans utiliser de matériaux exotiques tels que les composés contenant du cuivre appelés “cuprates”, qui détenaient jusqu’à présent le record de la plus haute température de supraconduction -140 °C à pression ambiante et -109 °C à haute pression”.

Bien que l’équipe ne soit pas tout à fait sûre de la raison pour laquelle son supraconducteur à base de sulfure d’hydrogène fonctionne, elle émet l’hypothèse, dans son article de Nature, que cela pourrait être dû au fait que le matériau est rempli d’ions hydrogène, qui “encouragent” les électrons à former ce que l’on appelle des paires de Cooper. Ces paires de Cooper peuvent circuler sans résistance à travers la structure du réseau cristallin du sulfure d’hydrogène métallique nouvellement formé, ce qui permet à un courant électrique de passer plus rapidement.

Colin Barras explique au New Scientist :

“Les électrons qui traversent un métal ricochent constamment sur des ions, perdant de l’énergie à chaque rebond. Cependant, ce faisant, ils déplacent légèrement la position des ions positifs dans le métal, générant ainsi de petits nuages de charge positive. Ces nuages positifs peuvent rassembler les électrons et entraîner la formation de paires de Cooper, qui sont beaucoup moins susceptibles de ricocher sur les ions métalliques et de perdre de l’énergie. Pour cette raison, les paires d’électrons conduisent une charge beaucoup plus efficacement que les électrons simples.”

Habituellement, les paires de Cooper sont facilement séparées par la chaleur, c’est pourquoi les supraconducteurs d’aujourd’hui doivent être refroidis à très basse température. Comme le rapporte Barras, le nouveau supraconducteur de Max Planck peut fonctionner à des températures plus élevées car ses ions positifs comprennent de l’hydrogène léger, et celui-ci est plus facilement déplacé en paires par les électrons. “Cela signifie que les nuages positifs sont plus denses et que les électrons forment des paires de Cooper plus solides qui sont moins facilement brisées par la chaleur”, explique-t-il.

Avant de s’emballer, il faut attendre que les résultats soient reproduits par une équipe indépendante. Cartlidge rapporte à Nature Magazine qu’une équipe au Japon a obtenu une perte de résistance dans du sulfure d’hydrogène sous pression, mais n’a jusqu’à présent observé aucun signe de l’effet Meissner. De même, trois équipes en Chine et une aux États-Unis, qui ont toutes travaillé avec du sulfure d’hydrogène, n’ont encore rien confirmé.

L’un des membres de l’équipe Max Planck, Mikhail Eremets, a déclaré à New Scientist qu‘il espérait que quelqu’un non seulement confirmerait leur nouveau record, mais le battrait. Il fait remarquer qu’il existe des matériaux capables de produire des paires de Cooper encore plus résistantes, et que c’est ainsi que nous pourrons nous rapprocher de l’insaisissable supraconducteur à température ambiante : “Théoriquement, elles ne sont pas interdites”, dit-il.