De meilleurs supraconducteurs grâce au palladium
L'"ère des palladates" est-elle en train de s'ouvrir dans la recherche sur la supraconductivité ?
Un matériau Boucles d'or qui pourrait être parfait : le palladium, un métal précieux, pourrait être utilisé pour fabriquer des supraconducteurs qui restent supraconducteurs même à des températures relativement élevées, selon des calculs effectués par la TU Wien.
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C'est l'une des courses les plus passionnantes de la physique moderne : comment produire les meilleurs supraconducteurs qui restent supraconducteurs même aux températures les plus élevées et à la pression ambiante ? Ces dernières années, une nouvelle ère de la supraconductivité s'est ouverte avec la découverte des nickelates. Ces supraconducteurs sont basés sur le nickel, raison pour laquelle de nombreux scientifiques parlent de "l'ère du nickel dans la recherche sur la supraconductivité". À bien des égards, les nickelates sont similaires aux cuprates, qui sont basés sur le cuivre et ont été découverts dans les années 1980.
Mais une nouvelle classe de matériaux entre aujourd'hui en jeu : Dans le cadre d'une coopération entre la TU Wien et des universités japonaises, il a été possible de simuler sur ordinateur le comportement de divers matériaux avec plus de précision qu'auparavant. Il existe une "zone Boucles d'or" dans laquelle la supraconductivité fonctionne particulièrement bien. Et cette zone n'est atteinte ni avec le nickel ni avec le cuivre, mais avec le palladium. Cette découverte pourrait marquer le début d'une nouvelle "ère des palladates" dans la recherche sur la supraconductivité. Les résultats viennent d'être publiés dans la revue scientifique "Physical Review Letters".
La recherche de températures de transition plus élevées
À haute température, les supraconducteurs se comportent de manière très similaire aux autres matériaux conducteurs. Mais lorsqu'ils sont refroidis en dessous d'une certaine "température critique", ils changent radicalement : leur résistance électrique disparaît complètement et ils peuvent soudain conduire l'électricité sans aucune perte. Cette limite, à laquelle un matériau passe d'un état supraconducteur à un état normalement conducteur, est appelée "température critique".
"Nous sommes maintenant en mesure de calculer cette "température critique" pour toute une série de matériaux. Grâce à notre modélisation sur des ordinateurs à haute performance, nous avons pu prédire le diagramme de phase de la supraconductivité du nickelate avec une grande précision, comme les expériences l'ont montré par la suite", explique le professeur Karsten Held, de l'Institut de physique des solides de l'Université technique de Vienne (TU Wien).
De nombreux matériaux deviennent supraconducteurs juste au-dessus du zéro absolu (-273,15 °C), tandis que d'autres conservent leurs propriétés supraconductrices même à des températures beaucoup plus élevées. Un supraconducteur qui resterait supraconducteur à la température ambiante et à la pression atmosphérique normales révolutionnerait radicalement la manière dont nous produisons, transportons et utilisons l'électricité. Cependant, un tel matériau n'a pas encore été découvert. Néanmoins, les supraconducteurs à haute température, y compris ceux de la classe des cuprates, jouent un rôle important dans la technologie - par exemple, dans la transmission de courants importants ou dans la production de champs magnétiques extrêmement puissants.
Cuivre ? Le nickel ? Ou le palladium ?
La recherche des meilleurs matériaux supraconducteurs possibles est difficile : de nombreux éléments chimiques entrent en ligne de compte. On peut les assembler dans différentes structures, on peut ajouter de minuscules traces d'autres éléments pour optimiser la supraconductivité. "Pour trouver des candidats adéquats, il faut comprendre, au niveau de la physique quantique, comment les électrons interagissent entre eux dans le matériau", explique le professeur Karsten Held.
Cette étude a montré qu'il existe un optimum pour la force d'interaction des électrons. L'interaction doit être forte, mais pas trop. Entre les deux, il existe une "zone dorée" qui permet d'atteindre les températures de transition les plus élevées.
Les palladates comme solution optimale
Cette zone dorée d'interaction moyenne ne peut être atteinte ni avec les cuprates ni avec les nickelates, mais on peut faire mouche avec un nouveau type de matériau : les palladates. "Le palladium se situe directement une ligne en dessous du nickel dans le tableau périodique. Les propriétés sont similaires, mais les électrons sont en moyenne un peu plus éloignés du noyau atomique et les uns des autres, de sorte que l'interaction électronique est plus faible", explique Karsten Held.
Les calculs du modèle montrent comment atteindre des températures de transition optimales pour les données du palladium. "Les résultats des calculs sont très prometteurs", déclare Karsten Held. "Nous espérons pouvoir les utiliser pour lancer des recherches expérimentales. Si nous disposons d'une toute nouvelle classe de matériaux supplémentaires avec les palladates pour mieux comprendre la supraconductivité et créer des supraconducteurs encore meilleurs, cela pourrait faire progresser l'ensemble du domaine de la recherche."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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