Des scientifiques découvrent le premier supraconducteur à température ambiante

Des scientifiques découvrent le premier supraconducteur à température ambiante

Une équipe de physiciens à New York a découvert un matériau qui conduit l’électricité avec une efficacité parfaite à température ambiante – une étape scientifique recherchée depuis longtemps. Le composé d’hydrogène, de carbone et de soufre fonctionne comme un supraconducteur jusqu’à 59 degrés Fahrenheit, a rapporté l’équipe dans La nature. C’est plus de 50 degrés de plus que le précédent record de supraconductivité à haute température, établi l’année dernière.

Histoire originale réimprimée avec la permission de Magazine Quanta, une publication indépendante de la Fondation Simons dont la mission est d’améliorer la compréhension publique de la science en couvrant les développements et les tendances de la recherche en mathématiques et en sciences physiques et de la vie.

«C’est la première fois que nous pouvons vraiment affirmer que la supraconductivité à température ambiante a été trouvée», a déclaré Ion Errea, un théoricien de la matière condensée à l’Université du Pays basque en Espagne qui n’a pas participé aux travaux.

«C’est clairement un point de repère», a déclaré Chris Pickard, scientifique des matériaux à l’Université de Cambridge. «C’est une pièce froide, peut-être un cottage victorien britannique», dit-il à propos de la température de 59 degrés.

Pourtant, alors que les chercheurs célèbrent cet exploit, ils soulignent que le nouveau composé – créé par une équipe dirigée par Ranga Dias de l’Université de Rochester – ne trouvera jamais son chemin dans les lignes électriques sans perte, les trains à grande vitesse sans frottement ou l’une des technologies révolutionnaires. cela pourrait devenir omniprésent si l’effet quantique fragile sous-jacent à la supraconductivité pouvait être maintenu dans des conditions vraiment ambiantes. En effet, la substance ne supraconductrice à température ambiante qu’en étant écrasée entre une paire de diamants à des pressions d’environ 75% aussi extrêmes que celles trouvées dans le noyau de la Terre.

«Les gens parlent depuis toujours de la supraconductivité à température ambiante», a déclaré Pickard. «Ils n’ont peut-être pas vraiment compris que lorsque nous l’avons fait, nous allions le faire à des pressions aussi élevées.

Les scientifiques des matériaux sont maintenant confrontés au défi de découvrir un supraconducteur qui fonctionne non seulement à des températures normales, mais également sous des pressions quotidiennes. Certaines caractéristiques du nouveau composé soulèvent l’espoir que le bon mélange d’atomes pourrait un jour être trouvé.

La résistance électrique se produit dans les fils normaux lorsque des électrons circulant librement heurtent les atomes qui composent le métal. Mais les chercheurs ont découvert en 1911 qu’à basse température, les électrons peuvent induire des vibrations dans le réseau atomique d’un métal, et ces vibrations à leur tour rassemblent les électrons en couples appelés paires de Cooper. Différentes règles quantiques régissent ces couples, qui se rejoignent en un essaim cohérent qui traverse le réseau du métal sans entrave, sans aucune résistance. Le fluide supraconducteur expulse également les champs magnétiques – un effet qui pourrait permettre aux véhicules à lévitation magnétique de flotter sans frottement au-dessus des rails supraconducteurs.

Cependant, à mesure que la température d’un supraconducteur augmente, les particules se déplacent au hasard, brisant la danse délicate des électrons.

Les chercheurs ont passé des décennies à rechercher un supraconducteur dont le Cooper associe suffisamment le tango pour résister à la chaleur des environnements quotidiens. En 1968, Neil Ashcroft, physicien du solide à l’Université Cornell, a proposé qu’un réseau d’atomes d’hydrogène ferait l’affaire. La petite taille de l’hydrogène permet aux électrons de se rapprocher des nœuds du réseau, augmentant ainsi leurs interactions avec les vibrations. La légèreté de l’hydrogène permet également à ces ondulations de guidage de vibrer plus rapidement, renforçant encore la colle qui lie les paires de Cooper.

Des pressions incroyablement élevées sont nécessaires pour écraser l’hydrogène dans un réseau métallique. Pourtant, les travaux d’Ashcroft ont suscité l’espoir qu’un certain «hydrure» – un mélange d’hydrogène et d’un deuxième élément – pourrait fournir la supraconductivité de l’hydrogène métallique à des pressions plus accessibles.

Les progrès ont décollé dans les années 2000, lorsque les simulations de supercalculateurs ont permis aux théoriciens de prédire les propriétés de divers hydrures, et l’utilisation répandue d’enclumes compactes en diamant a permis aux expérimentateurs de presser les candidats les plus prometteurs de tester leur courage.

Soudain, les hydrures ont commencé à établir des records. Une équipe en Allemagne a montré en 2015 qu’une forme métallique de sulfure d’hydrogène – un composé piquant trouvé dans les œufs pourris – est supraconductrice à -94 degrés Fahrenheit sous 1,5 million de fois la pression de l’atmosphère. Quatre ans plus tard, le même laboratoire a utilisé de l’hydrure de lanthane pour atteindre -10 degrés sous 1,8 million d’atmosphères, alors même qu’un autre groupe a trouvé des preuves de la supraconductivité dans le même composé à 8 degrés.

Le laboratoire de Dias à Rochester a maintenant brisé ces records. Guidée par l’intuition et des calculs approximatifs, l’équipe a testé une gamme de composés d’hydrogène à la recherche du rapport de l’or de l’hydrogène. Ajoutez trop peu d’hydrogène et un composé ne sera pas supraconducteur aussi robuste que l’hydrogène métallique. Ajoutez trop, et l’échantillon agira trop comme de l’hydrogène métallique, ne se métallisant qu’à des pressions qui fissureront votre enclume de diamant. Au cours de leurs recherches, l’équipe a détruit plusieurs dizaines de paires de diamants de 3000 $. «C’est le plus gros problème de notre recherche, le budget des diamants», a déclaré Dias.

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Written by SasukE

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