Selon une équipe de chercheurs du Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) à Mumbai, en Inde, le bismuth pur – un semi-métal à structure rhomboédrique – est supraconducteur à des températures ultra-basses.
Cristal de bismuth cultivé artificiellement illustrant la structure en escalier, avec un cube de 1 cm3 de bismuth métallique. Crédit image : Heinrich Pniok / CC BY-NC-ND 3.0.
À basse température, de nombreux métaux élémentaires, tels que le plomb ou l’aluminium, passent à l’état supraconducteur – un état dans lequel le courant électrique passant à travers ces matériaux peut persister indéfiniment sans source d’énergie.
Dans le bismuth, un seul électron est partagé par 100 000 atomes, ce qui fait que la densité de porteurs de ce semi-métal est très faible, ce qui a rendu improbable la possibilité d’en faire un supraconducteur.
En fait, il a été démontré que le bismuth résiste à la supraconductivité jusqu’à des températures très basses de 10 mK (millikelvin).
“La recherche de la supraconductivité dans le bismuth massif a commencé il y a plus d’un demi-siècle”, ont déclaré les chercheurs.
“Bien que, la supraconductivité ait été observée à des pressions élevées, sous forme amorphe, dans des films minces, des hétérostructures métalliques, des nanofils granulaires et des nanoparticules de bismuth, le bismuth en vrac dans des conditions ambiantes est resté dans l’état normal jusqu’à 10 mK.”
“La supraconductivité dans le bismuth massif est considérée comme peu probable en raison de la densité extrêmement faible des porteurs.”
L’équipe du TIFR, dirigée par le professeur S. Ramakrishnan, a observé la supraconductivité dans des monocristaux de bismuth pur en dessous de 0,53 mK sous pression ambiante avec un champ magnétique critique estimé à 0,000005 Tesla (presque 1/8 du champ magnétique terrestre).
Cette observation fait du bismuth l’un des deux supraconducteurs à plus faible densité de porteurs à ce jour.
“La découverte a été faite en observant un signal diamagnétique à l’aide d’un magnétomètre ultrasensible fabriqué à la maison et logé dans un réfrigérateur nucléaire en cuivre de pointe du TIFR construit en 2011 “, ont déclaré le professeur Ramakrishnan et ses co-auteurs.
Étant donné que le bismuth ne s’intègre pas parfaitement dans l’image standard de la supraconductivité, des travaux théoriques supplémentaires sont nécessaires pour expliquer pleinement les résultats.
La recherche a été publiée en ligne le 1er décembre dans le journal Science.
