Un groupe de physiciens a obtenu un nouveau record de température de supraconductivité à pression ambiante, atteignant notamment une température de transition de -122 °C, soit 18 °C de plus que le précédent record. Cette avancée a été rendue possible à l’aide d’une technique de trempe sous pression qui expose le matériau à une pression intense pour augmenter sa température de transition. Bien que cette température soit encore loin d’approcher de l’ambiante, il s’agit d’une étape supplémentaire vers cet objectif.
Les supraconducteurs constituent l’un des matériaux les plus recherchés et les plus étudiés en raison de leurs nombreux domaines d’application. Leurs propriétés permettent à l’électricité de circuler sans résistance, ce qui les rend utiles par exemple pour l’amélioration des réseaux électriques, des systèmes d’imagerie médicale, des technologies de fusion nucléaire ou encore des composants électroniques.
Les deux plus grands objets supraconducteurs sont par exemple les aimants utilisés dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC). Les matériaux supraconducteurs composent également les aimants de près de 40 000 appareils d’IRM dans le monde, ainsi que ceux des laboratoires de recherche utilisant des champs magnétiques intenses.
Cependant, les supraconducteurs doivent généralement être refroidis à des températures extrêmement basses pour fonctionner, ce qui les rend coûteux et difficiles à utiliser. Le développement de matériaux supraconducteurs pouvant fonctionner à température ambiante constitue donc l’un des objectifs et défis majeurs en science des matériaux depuis des décennies.
La quête d’une supraconductivité à température ambiante
« Le transport de l’électricité sur le réseau entraîne une perte d’environ 8 % », explique Paul Ching-Wu Chu, éminent professeur de physique et directeur fondateur du Texas Center for Superconductivity de l’University of Houston. « Si nous parvenons à économiser cette énergie, cela représente des milliards de dollars d’économies, un gain de temps considérable et une réduction de l’impact environnemental. »
D’importantes avancées ont été réalisées au cours des dernières décennies dans cet objectif de supraconducteur à température ambiante. L’équipe de Chu a par exemple développé en 1987 un matériau appelé YBCO, qui atteint la supraconductivité à -180 °C. Plus tard, en 1993, une autre équipe a développé un matériau à base de mercure et d’oxyde de cuivre, connu sous le nom de Hg1223, qui atteint la supraconductivité à -140 °C à pression ambiante.
Chu et ses collègues ont à nouveau battu ce record en atteignant la température de transition (la température à laquelle le matériau est converti en supraconducteur) la plus élevée jusqu’ici pour les supraconducteurs à pression ambiante. « D’autres chercheurs ont démontré qu’il était possible d’atteindre la supraconductivité à température ambiante sous pression. Notre méthode montre qu’il est possible de maintenir cet état sans pression », explique Chu.
La trempe sous pression, une approche inspirée de la synthèse des diamants
Pour développer leur matériau, Deng et ses collègues ont utilisé la trempe sous pression, une technique habituellement utilisée pour la fabrication de diamants artificiels, mais qui n’avait jusqu’ici pas été appliquée aux supraconducteurs. Elle consiste à exposer le matériau à une pression intense puis à le refroidir à une température spécifique.
La pression est ensuite relâchée brutalement, ce qui verrouillerait ses propriétés supraconductrices, d’après l’étude parue dans la revue PNAS. Ce processus de verrouillage aurait permis de conserver une température de transition élevée (-122 °C) même après l’élimination de la pression, assurant ainsi la stabilité du matériau en conditions ambiantes.
« Une fois le matériau ramené à la pression ambiante, il devient beaucoup plus accessible aux scienti©©fiques d’utiliser une instrumentation bien développée pour l’étudier et perfectionner les technologies permettant des opérations dans des conditions ambiantes », explique l’auteur principal de l’étude, Liangzi Deng, professeur adjoint de physique et chercheur principal au TcSUH et à l’Université d’Hawaï.
À noter toutefois qu’il reste encore environ 140 °C d’écart à combler pour atteindre la température de transition ambiante. Néanmoins, « cette découverte est très prometteuse », a affirmé Chu. « Nous pensons qu’avec suffisamment de personnes qui y travaillent et suffisamment de temps, nous devrions être en mesure de concrétiser ce potentiel », ajoute-t-il.
Chu et Deng proposent d’ailleurs différentes techniques pour atteindre la supraconductivité à haute température, dans une étude complémentaire également parue récemment dans la revue PNAS. Les chercheurs estiment que des efforts suffisamment concertés, ciblés et multidisciplinaires permettraient d’atteindre cet objectif à terme.
Vidéo de présentation de l’étude :
Dans le Modèle Standard, les hadrons sont des particules composites constituées de quarks liés entre eux par... [...]