Depuis plus de 65 ans, Le borure de niobium (NbB) a été considéré comme un exemple classique de matériau supraconducteur. Cette hypothèse, enregistrés dans des manuels sur la physique de la matière condensée et des articles dans des revues scientifiques, est maintenant contesté dans une étude menée par des chercheurs de l'Université de São Paulo (USP) au Brésil et de l'Université d'État de San Diego aux États-Unis.

Dans un article publié dans Documents d'examen physique , les chercheurs montrent que la supraconductivité détectée jusqu'alors n'était pas due au NbB. Les propriétés supraconductrices étaient associées à des filaments de niobium presque pur qui serpentaient autour des grains de NbB dans les échantillons étudiés.

Le chercheur principal de l'étude était Renato de Figueiredo Jardim de l'Université de São Paulo. "Nous savons que l'élément niobium (Nb) à lui seul est supraconducteur lorsqu'il est refroidi à des températures très basses de l'ordre de 9,2 kelvins, " dit Jardim. " Maintenant, nous avons découvert que ce n'est pas le cas pour NbB. Les échantillons de NbB contiennent une grande fraction volumétrique de NbB mais aussi une petite quantité de Nb presque pur. Deux phases cristallines distinctes coexistent dans les matériaux étudiés. Cette phase minoritaire, comprenant environ 98 pour cent de niobium et 2 pour cent de bore, est ce qui se comporte comme un supraconducteur."

Dans les images au microscope électronique reproduites dans l'article, les filaments blancs correspondent à la phase minoritaire constituée d'environ 98 % de niobium et 2 % de bore. La notation utilisée pour caractériser cette composition est Nb 0,98 B 0,02 . Les zones grises, correspondant à la plus grande fraction volumétrique, sont NbB.

Les auteurs notent que même s'il se produit dans une petite fraction volumétrique, la phase minoritaire (Nb 0,98 B 0,02 ) est supraconducteur et forme un maillage tridimensionnel à travers lequel le courant électrique peut transiter d'une extrémité du matériau à l'autre. Cette caractéristique est très susceptible d'avoir induit en erreur les chercheurs qui ont déjà enquêté sur le NbB, qui a ainsi trouvé le matériau supraconducteur à des températures inférieures à environ 9 kelvins.

Comme l'explique Jardim, l'identification de la structure du réseau NbB par microscopie électronique à balayage a fourni une preuve qualitative de la propriété basée sur des preuves visuelles. "Mais ce point à lui seul était insuffisant pour confirmer notre hypothèse, " a-t-il noté. " Il fallait aller plus loin dans la recherche de preuves quantitatives. Nous l'avons fait en appliquant un modèle thermodynamique aux données issues des matériaux étudiés, et de cette façon, nous avons obtenu la preuve que nous recherchions.

Du point de vue macroscopique, la supraconductivité est une propriété de certains matériaux qui, lorsqu'il est refroidi en dessous d'une température donnée, conduire l'électricité sans aucune perte d'énergie - c'est-à-dire, avec une résistance électrique nulle.

Les applications technologiques de la supraconductivité sont aujourd'hui assez bien connues. L'application principale est dans les bobines faites avec du fil supraconducteur. Lorsqu'un tel serpentin est refroidi et isolé thermiquement, un courant électrique appliqué le traverse indéfiniment, générer des champs magnétiques sans dissipation d'énergie. Ce type d'appareil est utilisé dans les équipements d'imagerie par résonance magnétique (IRM), qui est devenu monnaie courante.

« La technologie a beaucoup évolué ces dernières années, " a déclaré Jardim. " Un type spécial de flacon à vide appelé un dewar est utilisé pour le stockage cryogénique avec une température interne au niveau de l'hélium liquide, qui est de 4,2 kelvins (environ moins 270 °C). Ces dewars sont disponibles dans le commerce et peuvent être utilisés pour réfrigérer des bobines supraconductrices."

Selon Jardim, aucune application technologique n'est actuellement prévue pour le NbB. Cependant, il dit, "Un 'cousin' de NbB, diborure de magnésium (MgB 2 ), suscite un vif intérêt depuis la dernière décennie. Nos recherches peuvent contribuer à son application technologique."

Supraconducteurs et diamagnétisme

A côté de cette propriété macroscopique, Jardim dit, il y a une autre propriété macroscopique appelée "parfait, " par lequel le champ magnétique intérieur du supraconducteur est complètement exclu lorsque le matériau est placé dans un champ magnétique externe.

Le diamagnétisme est présent dans tous les matériaux. Cependant, il est souvent si faible que sa manifestation est masquée par d'autres, des réponses magnétiques plus robustes, comme le ferromagnétisme, dans lequel le matériau est attiré par un champ magnétique extérieur, et paramagnétisme, dans lequel les dipôles magnétiques atomiques du matériau s'alignent parallèlement au champ magnétique externe.

Lorsque la réponse diamagnétique est suffisamment forte, comme dans un supraconducteur, la répulsion due au champ magnétique peut faire léviter le matériau. Ce phénomène est récemment devenu célèbre. "Le diamagnétisme peut être considéré comme la génération d'un courant à la surface du matériau qui se traduit par un champ magnétique de la même amplitude que le champ magnétique externe appliqué mais agissant dans le sens opposé. C'est comme si le matériau expulsait de son à l'intérieur du champ magnétique dans lequel il est plongé, " expliqua Jardim.