Caractérisée par une résistivité électrique nulle et l’expulsion d’un champ magnétique (effet Meissner), la supraconductivité représente l’avenir des composants électroniques à haut rendement. Toutefois, ce phénomène n’apparaît actuellement qu’à des températures extrêmement basses, malgré le développement de certains matériaux supraconducteurs dits à haute température. Récemment, des physiciens ont observé la formation de paires de Cooper — la première étape de la supraconductivité — à des températures supérieures à la normale. Une découverte qui pourrait accélérer la mise au point d’une supraconductivité à température ambiante.
Les physiciens ont découvert des preuves de supraconductivité à des températures et niveaux d’énergie bien au-dessus des limites normales. Cette découverte pourrait un jour contribuer à révolutionner la conception et le fonctionnement de composants électroniques en développant une supraconductivité à température ambiante. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature.
Dans la nouvelle étude, des chercheurs ont observé des paires de Cooper émergeant là où elles ne devraient pas apparaître. Une paire de Cooper désigne un état lié d’électrons spécifique permettant à ces derniers de se déplacer à travers la matière sans résistance. Selon le physicien Doug Natelson de l’Université Rice au Texas, la découverte de paires de Cooper à une température supérieure à la température critique ordinaire ne devrait pas surprendre la communauté scientifique — mais ce n’est pas tout.
« Ce qui est plus étrange, c’est qu’il semble y avoir deux échelles d’énergie différentes. Il y a une échelle d’énergie plus élevée, où les paires se forment, et il y a une échelle d’énergie plus faible où elles décident toutes de se donner la main et d’agir collectivement et de manière cohérente. C’est le comportement qui entraîne réellement la supraconductivité » explique Natelson.
La formation de paires de Cooper à haute température
En d’autres termes, il semble que les paires de Cooper puissent se former à des températures plus élevées, mais n’entrent pas dans un état de cohérence (supraconductivité) jusqu’à ce que les températures les plus basses soient atteintes. Les physiciens ont déjà émis l’hypothèse que cela pourrait être le cas, mais il s’agit de la première preuve expérimentale directe, observée dans un supraconducteur appelé oxyde mixte de lanthane, de strontium et de cuivre (LSCO).
Le LSCO est un supraconducteur à haute température qui fonctionne à des températures plus élevées que la normale. Au lieu de se limiter au courant électrique, les chercheurs ont analysé ce que l’on appelle le bruit de grenaille : les variations du débit de la charge électrique. Ces variations ne correspondaient pas à ce que l’on pourrait attendre d’un flux d’électrons simples, ce qui suggère que l’appariement se produisait à des températures plus élevées que prévu.
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Les physiciens sont encore loin de la supraconductivité à température ambiante, mais il semble qu’au moins dans le LSCO, une fraction élevée d’électrons se couplent à des températures bien supérieures au niveau habituel requis pour la supraconductivité — et cela pourrait s’avérer crucial pour les recherches futures. L’étape suivante consiste à déterminer comment cet appariement pourrait conduire à la cohérence et, de là, à la supraconductivité.
« Si cela est vrai et qu’il existe déjà des paires de Cooper à des températures plus élevées, la question est de savoir s’il est également possible d’obtenir une cohérence à ces températures. Est-il en quelque sorte possible de convaincre les électrons de montrer une cohérence dans la région appelée ‘pseudogap’, un espace de phase à des températures et des échelles d’énergie plus élevées que la phase supraconductrice ? » conclut Natelson.
L’électron est une particule élémentaire qui, avec les protons et
les neutrons, constitue les atomes. C’est donc l’un des composants
principaux de la matière baryonique. À ce titre, il revêt... [...]