Une équipe de physiciens et de spécialistes des matériaux de l’Université de Rochester, de l’Université du Nevada Las Vegas et d’Intel Corporation a créé un matériau supraconducteur à température ambiante.
Cette image montre la chambre à échantillon à l’intérieur d’une cellule à enclume de diamant, en regardant axialement à travers le diamant supérieur. L’échantillon est constitué à l’origine de carbone et de soufre, représenté sous forme de poudre noire, dans un environnement riche en hydrogène. L’échantillon est à 4 GPa et est éclairé par 10 mW de lumière laser de 532 nm pour initier et mener à bien la réaction photochimique afin de produire un solide de Van der Waals. Crédit image : Snider et al., doi : 10.1038/s41586-020-2801-z.
Découverte pour la première fois en 1911, la supraconductivité confère aux matériaux deux propriétés essentielles. La résistance électrique disparaît. Et tout semblant de champ magnétique est expulsé, grâce à un phénomène appelé l’effet Meissner.
Les lignes de champ magnétique doivent passer autour du matériau supraconducteur, ce qui rend possible la lévitation de tels matériaux.
Les puissants électroaimants supraconducteurs sont déjà des composants essentiels des trains maglev, des appareils d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et de résonance magnétique nucléaire (RMN), des accélérateurs de particules et d’autres technologies avancées, y compris les premiers superordinateurs quantiques.
Mais les matériaux supraconducteurs utilisés dans ces dispositifs ne fonctionnent généralement qu’à des températures extrêmement basses, inférieures à toutes les températures naturelles sur Terre. Cette restriction les rend coûteux à entretenir – et trop coûteux pour les étendre à d’autres applications potentielles.
“Le coût du maintien de ces matériaux à des températures cryogéniques est si élevé que l’on ne peut pas vraiment en tirer tous les avantages”, a déclaré le chef d’équipe, le Dr Ranga Dias, chercheur au département de génie mécanique et au département de physique et d’astronomie de l’université de Rochester.
Auparavant, la température la plus élevée pour un matériau supraconducteur avait été atteinte en 2019 par deux équipes de chercheurs dirigées par le Dr Mikhail Eremets de l’Institut Max Planck de chimie et le Dr Russell Hemley de l’Université de l’Illinois à Chicago.
Ces équipes ont rapporté une supraconductivité entre 250 et 260 K (moins 23,15 à moins 13,15 degrés Celsius, ou moins 9,67 à 8,33 degrés Fahrenheit) en utilisant le superhydrure de lanthane.
En établissant ce nouveau record, le Dr. Dias et ses collègues ont combiné de l’hydrogène avec du carbone et du soufre pour synthétiser photochimiquement de l’hydrure de soufre carboné simple d’origine organique dans une cellule à enclume de diamant.
L’hydrure de soufre carboné a présenté une supraconductivité à 287,7 K (14,55 degrés Celsius, ou 58,19 degrés Fahrenheit) et à une pression d’environ 39 millions de livres par pouce carré (psi).
“En raison des limites de la basse température, les matériaux dotés de propriétés aussi extraordinaires n’ont pas tout à fait transformé le monde de la manière dont beaucoup auraient pu l’imaginer”, a déclaré le Dr Dias.
“Cependant, notre découverte va faire tomber ces barrières et ouvrir la porte à de nombreuses applications potentielles.”
“Nous vivons dans une société de semi-conducteurs, et avec ce type de technologie, vous pouvez faire évoluer la société vers une société supraconductrice où vous n’aurez plus jamais besoin de choses comme les batteries”, a ajouté le coauteur, le Dr Ashkan Salamat, chercheur au département de physique et d’astronomie de l’Université du Nevada à Las Vegas.
“Le prochain défi consiste à trouver des moyens de créer des matériaux supraconducteurs à température ambiante à des pressions plus faibles, afin qu’il soit économique de les produire en plus grand nombre”, a déclaré le Dr Dias.
“En comparaison avec les millions de livres de pression créés dans les cellules d’enclume de diamant, la pression atmosphérique de la Terre au niveau de la mer est d’environ 15 psi.”
La recherche est décrite dans un article publié cette semaine dans le journal. Nature.
