Chaque câble standard, chaque fil, chaque appareil électronique a une certaine résistance électrique. Il y a, cependant, matériaux supraconducteurs capables de conduire le courant électrique avec une résistance exactement nulle, du moins à très basse température. Trouver un matériau qui se comporte comme un supraconducteur à température ambiante serait une percée scientifique d'une importance conceptuelle et technologique incroyable. Cela pourrait conduire à un large éventail de nouvelles applications, des trains en lévitation aux nouvelles technologies d'imagerie pour la médecine.

La recherche de supraconducteurs à haute température est extrêmement difficile, car de nombreux effets quantiques liés à la supraconductivité ne sont pas encore bien compris. Professeur Neven Barišic, professeur de physique du solide à la TU Wien (Vienne) réalise des expériences avec des cuprates, une classe de matériaux qui se comportent comme un supraconducteur à des températures record pouvant atteindre 140 K à pression ambiante. Barišic et ses collègues ont maintenant fourni un ensemble remarquable de résultats et de nouvelles idées qui pourraient profondément changer notre façon de penser ces matériaux complexes et la supraconductivité à haute température en général.

"Le phénomène de la supraconductivité à haute température a été minutieusement étudié pendant des décennies, mais personne n'a encore résolu le problème, " explique Neven Barišic. " De nombreux matériaux présentent un comportement supraconducteur à des températures proches du zéro absolu, et nous comprenons pourquoi cela se produit dans certains d'entre eux. Mais le vrai défi est de comprendre la supraconductivité dans les cuprates, où cet état persiste à des températures beaucoup plus élevées. Un matériau qui se comporterait comme un supraconducteur à température ambiante serait le Saint Graal de la physique du solide – et nous nous rapprochons de plus en plus. »

Barišic et ses collègues ont montré qu'il existe deux types fondamentalement différents de porteurs de charge dans les cuprates, et a suggéré que la supraconductivité dépend de manière cruciale de l'interaction subtile entre eux.

Une partie de la charge électrique est localisée - chacun de ces porteurs de charge se trouve à un ensemble particulier d'atomes et ne peut s'éloigner que si le matériau est chauffé. D'autres porteurs de charges peuvent se déplacer, sauter d'un atome à un autre. C'est la charge mobile qui devient finalement supraconductrice, mais la supraconductivité ne peut s'expliquer qu'en prenant également en compte les porteurs de charge immobiles.

« Il y a interaction entre le mobile et les porteurs de charge immobiles, qui régit les propriétés du système, " dit Barišic. " Apparemment, les charges immobiles font office de colle, lier ensemble des paires de porteurs de charges mobiles, créer des paires dites de Cooper, qui sont l'idée de base derrière les supraconducteurs classiques. Une fois appariés, les porteurs de charge peuvent devenir supraconducteurs et le matériau peut transporter le courant avec une résistance nulle."

Cela signifie que pour obtenir la supraconductivité, il doit y avoir un équilibre subtil entre les porteurs de charge mobiles et immobiles. S'il y a trop peu de porteurs de charge localisés, alors il n'y a pas assez de "colle" pour coupler les supports de charge mobiles. Si, d'autre part, il y a trop peu de porteurs de charge mobile, alors il n'y a rien pour la "colle" à coupler. Dans tous les cas, la supraconductivité est affaiblie ou s'arrête complètement. À un niveau intermédiaire optimal, la supraconductivité persiste à des températures remarquablement élevées. Il était difficile de comprendre que l'équilibre entre les charges mobiles et immobiles est modifié, en fonction de la température ou du dopage, de manière graduelle.

"Nous avons effectué de nombreuses expériences différentes avec des cuprates, collecte de grandes quantités de données. Et enfin, nous pouvons maintenant proposer une image phénoménologique complète de la supraconductivité dans les cuprates, " dit Neven Barisic. Il a récemment publié ses découvertes dans plusieurs revues - plus récemment dans Avancées scientifiques — qui démontrent que la supraconductivité apparaît également de manière progressive. Il s'agit d'une étape importante vers l'objectif de comprendre les cuprates et de fournir un moyen de rechercher de nouveaux, des supraconducteurs encore meilleurs.

S'il devenait possible de créer des matériaux qui restent supraconducteurs même à température ambiante, cela aurait des conséquences de grande envergure pour la technologie. On pourrait construire des appareils électroniques qui n'utilisent pratiquement aucune énergie. Des trains en lévitation pourraient être construits, utilisant des aimants supraconducteurs extrêmement puissants, donc pas cher, le transport ultrarapide deviendrait possible. "Nous ne sommes pas encore près de cet objectif, " dit Neven Barisic. " Mais une compréhension approfondie de la supraconductivité à haute température ouvrirait la voie pour y arriver. Et, Je crois, que nous avons maintenant pris plusieurs mesures importantes dans cette direction."