Une expérience à la pointe de la physique de la matière condensée et de la science des matériaux a révélé que le rêve d'une utilisation plus efficace de l'énergie peut devenir réalité. Une collaboration internationale dirigée par les scientifiques de l'École internationale d'études avancées d'Italie (SISSA) à Trieste, L'Università Cattolica di Brescia et le Politecnico di Milano ont utilisé des impulsions laser sur mesure pour capturer les interactions électroniques dans un composé contenant du cuivre, l'oxygène et le bismuth. Ils ont ainsi pu identifier la condition pour laquelle les électrons ne se repoussent pas, c'est une condition essentielle pour que le courant circule sans résistance. Cette recherche ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de matériaux supraconducteurs avec des applications en électronique, diagnostic et transports. L'étude vient d'être publiée dans Physique de la nature .

En utilisant des techniques laser sophistiquées pour étudier le régime dit de non-équilibre, les scientifiques ont trouvé un moyen innovant de comprendre les propriétés d'une classe spéciale de matériaux. L'équipe SISSA s'est occupée des aspects théoriques de la recherche tandis que les laboratoires I-LAMP de l'Università Cattolica del Sacro Cuore (Brescia) et du Politecnico di Milano ont coordonné le côté expérimental.

"L'un des plus grands obstacles à l'exploitation de la supraconductivité dans la technologie de tous les jours est que les supraconducteurs les plus prometteurs ont tendance à devenir des isolants à haute température et pour de faibles concentrations de dopage, " Les scientifiques ont expliqué. " C'est parce que les électrons ont tendance à se repousser au lieu de s'apparier et de se déplacer dans le sens du courant. " Pour étudier ce phénomène, les chercheurs se sont concentrés sur un supraconducteur spécifique aux propriétés physiques et chimiques très complexes, étant composé de quatre éléments différents, dont le cuivre et l'oxygène. "En utilisant une impulsion laser, nous chassions le matériau de son état d'équilibre. Une seconde, une impulsion ultra-courte nous a ensuite permis de démêler les composantes qui caractérisent l'interaction entre les électrons alors que le matériau revenait à l'équilibre. Métaphoriquement, c'était comme prendre une série d'instantanés des différentes propriétés de ce matériau à différents moments."

Par cette approche, les scientifiques ont découvert que « dans ce matériau, la répulsion entre les électrons, et donc leurs propriétés isolantes, disparaît même à température ambiante. C'est une observation très intéressante, car c'est le prérequis indispensable pour transformer un matériau en supraconducteur. » Quelle est la prochaine étape pour y parvenir ? « On va pouvoir partir de ce matériau et changer sa composition chimique, par exemple, " ont expliqué les chercheurs. Ayant découvert que les conditions préalables à la production d'un supraconducteur à température ambiante existent, les scientifiques disposent désormais de nouveaux outils pour trouver la bonne recette :en changeant quelques ingrédients, ils pourraient ne pas être trop éloignés de la bonne formule.

Ses applications ? Le champ magnétique généré par le passage d'un courant dans un supraconducteur pourrait être utilisé pour une nouvelle génération de trains à lévitation magnétique comme celui qui relie déjà Shanghai à son aéroport, offrant des performances et une efficacité bien meilleures. En diagnostic, il serait possible de générer de très grands champs magnétiques dans des espaces extrêmement petits, permettant ainsi de réaliser une imagerie par résonance magnétique de haute précision à très petite échelle. Dans le domaine du transport d'énergie ou de la microélectronique, les supraconducteurs à haute température fourniraient un rendement extrêmement élevé et, à la fois, des économies d'énergie considérables.