Les supraconducteurs à haute température, avec une touche d'originalité ?
Une méthode de fabrication pourrait faciliter la découverte de matériaux
Les supraconducteurs intriguent les physiciens depuis des décennies. Mais ces matériaux, qui permettent un flux parfait et sans perte d'électrons, ne présentent généralement cette particularité mécanique quantique qu'à des températures si basses - quelques degrés au-dessus du zéro absolu - qu'elles les rendent impraticables.
Représentation graphique du cuprate supraconducteur empilé et torsadé, avec les données correspondantes en arrière-plan.
Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Zhao
Une équipe de recherche dirigée par Philip Kim, professeur de physique et de physique appliquée à Harvard, a mis en évidence une nouvelle stratégie de fabrication et de manipulation d'une classe largement étudiée de supraconducteurs à haute température, appelés cuprates, ouvrant ainsi la voie à l'ingénierie de nouvelles formes inhabituelles de supraconductivité dans des matériaux jusqu'à présent inaccessibles.
En utilisant une méthode unique de fabrication de dispositifs à basse température, Kim et son équipe présentent dans la revue Science un candidat prometteur pour la première diode supraconductrice à haute température au monde - c'est-à-dire un interrupteur qui fait circuler le courant dans une direction - fabriquée à partir de minces cristaux de cuprates. Un tel dispositif pourrait théoriquement alimenter des industries naissantes telles que l'informatique quantique, qui s'appuient sur des phénomènes mécaniques fugaces et difficiles à maintenir.
"Les diodes supraconductrices à haute température sont en fait possibles, sans application de champs magnétiques, et ouvrent de nouvelles portes à l'étude des matériaux exotiques", a déclaré M. Kim.
Les cuprates sont des oxydes de cuivre qui, il y a plusieurs décennies, ont bouleversé le monde de la physique en montrant qu'ils devenaient supraconducteurs à des températures beaucoup plus élevées que ce que les théoriciens pensaient possible, "plus élevées" étant un terme relatif (le record actuel pour un cuprate supraconducteur est de -225 Fahrenheit). Mais manipuler ces matériaux sans détruire leurs phases supraconductrices est extrêmement complexe en raison de leurs caractéristiques électroniques et structurelles complexes.
Les expériences de l'équipe ont été menées par S. Y. Frank Zhao, ancien étudiant de la Griffin Graduate School of Arts and Sciences et aujourd'hui chercheur postdoctoral au MIT. En utilisant une méthode cryogénique de manipulation des cristaux sans air dans de l'argon ultrapur, Zhao a créé une interface propre entre deux couches extrêmement fines d'oxyde de cuivre bismuth strontium calcium, surnommé BSCCO ("bisco"). Le BSCCO est considéré comme un supraconducteur "à haute température" parce qu'il commence à supraconduire à environ -288 Fahrenheit - très froid selon les normes pratiques, mais étonnamment élevé parmi les supraconducteurs, qui doivent généralement être refroidis à environ -400.
Zhao a d'abord divisé le BSCCO en deux couches, chacune ayant un millième de la largeur d'un cheveu humain. Puis, à -130, il a empilé les deux couches avec une torsion de 45 degrés, comme un sandwich à la crème glacée avec des tranches de travers, conservant ainsi la supraconductivité à l'interface fragile.
L'équipe a découvert que le supercourant maximal qui peut passer sans résistance à travers l'interface varie en fonction de la direction du courant. L'équipe a également démontré un contrôle électronique de l'état quantique interfacial en inversant cette polarité. Ce contrôle leur a permis de fabriquer une diode supraconductrice à haute température commutable - une démonstration de physique fondamentale qui pourrait un jour être incorporée dans un élément de technologie informatique, tel qu'un bit quantique.
"Il s'agit d'un point de départ pour l'étude des phases topologiques, qui présentent des états quantiques protégés des imperfections", a déclaré M. Zhao.
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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