Bientôt la supraconductivité à température ambiante ?

Les chercheurs comprennent mieux le mécanisme des supraconducteurs

19.01.2023 - Allemagne

Les physiciens de l'université de Leipzig ont une fois de plus approfondi leur compréhension du mécanisme des supraconducteurs. Le groupe de recherche dirigé par le professeur Jürgen Haase s'est ainsi rapproché de son objectif, qui est de développer les bases d'une théorie des supraconducteurs qui permettrait au courant de circuler sans résistance et sans perte d'énergie. Les chercheurs ont découvert que dans les liaisons supraconductrices cuivre-oxygène, appelées cuprates, il doit y avoir une distribution de charges très spécifique entre le cuivre et l'oxygène, même sous pression.

Cela a confirmé leurs propres résultats de 2016, lorsque Haase et son équipe ont développé une méthode expérimentale basée sur la résonance magnétique qui peut mesurer les changements pertinents pour la supraconductivité dans la structure des matériaux. Ils ont été la première équipe au monde à identifier un paramètre mesurable du matériau qui prédit la température de transition maximale possible - une condition requise pour atteindre la supraconductivité à température ambiante. Ils ont maintenant découvert que les cuprates, qui, sous pression, renforcent la supraconductivité, suivent la distribution des charges prédite en 2016. Les chercheurs ont publié leurs nouvelles conclusions dans la célèbre revue PNAS.

"Le fait que la température de transition des cuprates puisse être améliorée sous pression a laissé les chercheurs perplexes pendant 30 ans. Mais jusqu'à présent, nous ne savions pas quel mécanisme en était responsable", a déclaré Haase. Lui et ses collègues de l'Institut Felix Bloch pour la physique des solides se sont rapprochés de la compréhension du mécanisme réel de ces matériaux. À l'université de Leipzig, avec le soutien de l'école supérieure "Building with Molecules and Nano-objects" (BuildMoNa), nous avons mis en place les conditions de base nécessaires à l'étude des cuprates par résonance nucléaire, et Michael Jurkutat a été le premier chercheur doctoral à nous rejoindre. Ensemble, nous avons établi la relation de Leipzig, selon laquelle il faut retirer des électrons à l'oxygène de ces matériaux pour les donner au cuivre afin d'augmenter la température de transition. Vous pouvez le faire avec la chimie, mais aussi avec la pression. Mais presque personne n'aurait pensé que nous pourrions mesurer tout cela avec la résonance nucléaire", a déclaré M. Haase.

Les résultats de leurs recherches actuelles pourraient être exactement ce qu'il faut pour produire un supraconducteur à température ambiante, ce qui est le rêve de nombreux physiciens depuis des décennies et ne devrait plus prendre que quelques années, selon M. Haase. Jusqu'à présent, cela n'a été possible qu'à des températures très basses, de l'ordre de moins 150 degrés Celsius et moins, qui ne sont pas faciles à trouver sur Terre. Il y a environ un an, un groupe de recherche canadien a vérifié les résultats de l'équipe du professeur Haase de 2016 à l'aide de calculs assistés par ordinateur nouvellement développés et a ainsi corroboré les résultats sur le plan théorique.

La supraconductivité est déjà utilisée aujourd'hui de diverses manières, par exemple dans les aimants des appareils IRM et dans la fusion nucléaire. Mais ce serait beaucoup plus facile et moins coûteux si les supraconducteurs fonctionnaient à température ambiante. Le phénomène de la supraconductivité a été découvert dans les métaux dès 1911, mais même Albert Einstein n'a pas tenté d'en trouver l'explication à l'époque. Près d'un demi-siècle s'est écoulé avant que la théorie BCS ne permette de comprendre la supraconductivité dans les métaux en 1957. En 1986, la découverte de la supraconductivité dans les matériaux céramiques (supraconducteurs à cuprate) à des températures beaucoup plus élevées par les physiciens Georg Bednorz et Karl Alexander Müller a soulevé de nouvelles questions, mais a également fait naître l'espoir que la supraconductivité pourrait être atteinte à température ambiante.

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