Les chercheurs ont découvert un alliage métallique qui peut conduire l'électricité avec une résistance nulle, ou supraconducteur, de la pression ambiante jusqu'à des pressions similaires à celles qui existent près du centre de la Terre. Le matériel, qui est probablement le premier à montrer ce type de supraconductivité robuste, est décrit dans un article du 12 décembre 2017, édition de la Actes de l'Académie nationale des sciences .

Le matériau fait partie d'une nouvelle famille d'alliages métalliques appelés alliages à haute entropie (HEA), qui sont composés de mélanges aléatoires à l'échelle atomique d'éléments du bloc des "métaux de transition" du tableau périodique. Les HEA sont intéressants à plusieurs égards, y compris structurellement. Ils ont des structures cristallines simples, mais les métaux sont disposés aléatoirement sur les points du réseau, donnant à chaque alliage les propriétés d'un verre et d'un matériau cristallin.

Le HEA étudié dans ce travail est unique en ce qu'il peut supraconducteur en continu de basses à hautes pressions, même lorsqu'il est soumis à des pressions similaires à celles qui existent à l'extérieur du noyau de notre planète. Cette découverte a été faite par un groupe de scientifiques de l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences et du Département de chimie de l'Université de Princeton. Le HEA qu'ils ont étudié est composé des métaux tantale (Ta), niobium (Nb), hafnium (Hf), zirconium (Zr), et le titane (Ti).

"Nous avons observé que ce HEA reste dans un état de résistance électrique nulle tout le chemin d'un bar de pression à la pression du noyau externe de la Terre, sans changements structurels, " a déclaré l'un des chercheurs principaux de l'étude, Professeur Liling Sun de l'Institut de Physique de Pékin, à Phys.org .

Robert Cava, le professeur de chimie Russell Wellman Moore à Princeton, un autre auteur principal, ajoutée, "C'est une chose remarquable - nous ne connaissons aucun autre matériau similaire - et cela fait de ce HEA un candidat prometteur pour de nouvelles applications de supraconducteurs dans des conditions extrêmes."

La pression est l'une des variables externes qui peuvent révéler des caractéristiques inattendues dans un matériau. Dans les supraconducteurs, par exemple, l'application de la pression a modifié les températures critiques (la température en dessous de laquelle un matériau sera supraconducteur) et induit une supraconductivité dans des matériaux qui, autrement, ne présenteraient pas le phénomène.

Ici, le groupe a appliqué une pression sur le HEA à l'aide d'une cellule à enclume de diamant, un appareil qui utilise les faces polies de deux diamants - l'un des matériaux les plus durs sur Terre - pour presser un échantillon placé entre eux. Pour générer une pression suffisamment élevée pour effectuer les mesures sur le HEA, la taille de la colette de chaque diamant - la "pointe" au bas de la gemme - était de 40 microns (millionièmes de mètre), qui est environ la moitié du diamètre d'un cheveu humain.

Pour suivre les changements structurels possibles pendant que l'échantillon était dans la cellule à enclume de diamant, le groupe a utilisé la diffraction des rayons X (XRD) basée sur le synchrotron à l'installation de rayonnement synchrotron de Shanghai. La XRD permet aux chercheurs d'obtenir des informations structurelles sur un échantillon cristallin en fonction du motif que les rayons X font après s'être diffractés à partir des atomes de l'échantillon. Ils ont combiné ces techniques avec des mesures complémentaires de résistivité et de magnétorésistance pour caractériser la supraconductivité.

Les résultats montrent que le HEA conserve sa structure cristalline de base, bien que le volume de l'échantillon soit considérablement comprimé (par une mesure, lorsque la pression était d'environ 96 GPa, le volume avait été réduit d'environ 28 pour cent).

Soleil, Cava, et leurs collègues attribuent le comportement et la stabilité uniques du matériau à sa forte structure cristalline, combinée à la nature apparemment robuste de sa structure électronique lorsqu'elle est soumise à une très grande quantité de compression de réseau.

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