Les scientifiques ont découvert un processus fondamental requis pour Supraconductivité Cela peut se produire à des températures plus élevées qu’on ne le pensait auparavant. Ce serait une étape petite mais importante dans la recherche de l’un des « Saint Graal » de la physique, un supraconducteur à température ambiante.
La découverte, réalisée à l’intérieur d’un matériau inattendu, un diélectrique, révèle l’appariement d’électrons à des températures aussi basses que moins 190 degrés Fahrenheit (moins 123 degrés Celsius) – l’un des ingrédients secrets du flux d’électricité sans presque aucune perte d’énergie par temps froid. matériaux supraconducteurs.
Jusqu’à présent, les physiciens se demandent encore pourquoi cela se produit. Mais comprendre cela pourrait les aider à trouver des supraconducteurs fonctionnant à température ambiante. Les chercheurs ont publié leurs résultats le 15 août dans la revue sciences.
« Les paires d’électrons nous disent qu’ils sont prêts à devenir supraconducteurs, mais quelque chose les arrête », explique le co-auteur. Ki Jun Choétudiant diplômé en physique appliquée à l’Université de Stanford, Il a dit dans un communiqué« Si nous parvenons à trouver une nouvelle façon de synchroniser les paires, nous pourrons peut-être l’appliquer à la construction de supraconducteurs à plus haute température. »
La supraconductivité résulte des ondulations laissées par les électrons lorsqu’ils se déplacent dans un matériau. À des températures suffisamment basses, ces ondulations attirent les noyaux atomiques les uns vers les autres, ce qui provoque à son tour un léger déplacement de charge qui attire un deuxième électron vers le premier.
Normalement, les deux charges négatives devraient se repousser. Mais au lieu de cela, quelque chose d’étrange se produit : les électrons se lient pour former une « paire de cuivre ».
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Les couples Cooper adoptent des approches différentes Mécanique quantique Ces paires de Cooper sont différentes de celles des électrons simples. Au lieu d’être enfermés dans une enveloppe énergétique, ils se comportent comme des particules de lumière dont un nombre infini peut occuper simultanément le même point de l’espace. Si suffisamment de ces paires de Cooper sont créées dans le matériau, celui-ci devient un liquide superfluide, s’écoulant sans aucune perte d’énergie due à la résistance électrique.
Les premiers supraconducteurs, découverts par le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes en 1911, sont passés à un état de résistance électrique nulle à des températures incroyablement froides, proches de Zéro absolu (moins 459,67 degrés Fahrenheit ou moins 273,15 degrés Celsius). Cependant, en 1986, des physiciens ont découvert un matériau à base de cuivre, appelé cuprite, qui devient un supraconducteur à une température beaucoup plus élevée (mais toujours très froide) de moins 211 F (moins 135 C).
Les physiciens espéraient que cette découverte les mènerait à des supraconducteurs à température ambiante. Cependant, les connaissances sur ce qui fait que les cuprates présentent leur comportement inhabituel ont ralenti, et l’année dernière, les affirmations virales sur les supraconducteurs viables à température ambiante ont fini par être… Allégations de falsification de données et déception.
Pour approfondir leurs recherches, les scientifiques à l’origine de ces nouvelles recherches se sont tournés vers l’oxyde de cuivre, de cérium et de néodyme. La température supraconductrice maximale du matériau est de moins 414,67 degrés Fahrenheit (moins 248 degrés Celsius), les scientifiques n’ont donc pas pris la peine de l’étudier beaucoup. Mais lorsque les chercheurs impliqués dans l’étude ont projeté une lumière ultraviolette sur sa surface, ils ont remarqué quelque chose d’étrange.
Normalement, lorsque des faisceaux de lumière, ou photons, frappent des coupelles transportant des électrons non appariés, les photons donnent aux électrons suffisamment d’énergie pour les faire sortir du matériau, leur faisant perdre beaucoup d’énergie. Mais les électrons des paires de Cooper peuvent résister à l’éjection de photons, ce qui fait perdre au matériau seulement une petite quantité d’énergie.
Bien que l’état de résistivité nulle ne se produise qu’à très basse température, les chercheurs ont constaté que l’écart d’énergie persistait dans le nouveau matériau jusqu’à 150 K et que le couplage était, curieusement, le plus fort dans la plupart des échantillons qui résistaient le mieux au flux de courant électrique.
Cela signifie que même s’il est peu probable que la cuprite atteigne la supraconductivité à température ambiante, elle peut donner une idée de la découverte d’un matériau capable de le faire.
« Nos résultats ouvrent une nouvelle voie potentiellement riche. Nous prévoyons d’étudier cet écart de couplage à l’avenir pour aider à concevoir des supraconducteurs en utilisant de nouvelles approches », déclare l’auteur principal. Chi Shun Shen« D’une part, nous prévoyons d’utiliser des méthodes expérimentales similaires pour mieux comprendre cet état de couplage lâche. D’autre part, nous voulons trouver des moyens de manipuler ces matériaux pour forcer ces appariements lâches à se synchroniser », a déclaré le professeur de physique de Stanford. a déclaré dans le communiqué.