Percer le mystère de la supraconductivité à haute température, spécifiquement dans les matériaux d'oxyde de cuivre, demeure l'un des défis les plus déroutants de la physique moderne du solide. Mais une équipe de recherche internationale d'ingénieurs et de scientifiques a peut-être fait un pas de plus vers la compréhension.

Les supraconducteurs sont des matériaux qui acquièrent des propriétés physiques uniques lorsqu'ils sont refroidis à des températures extrêmement basses. Ils cessent de résister à un courant électrique, permettant au courant de passer librement sans aucune perte d'énergie. Les supraconducteurs sont utilisés dans des technologies telles que les machines IRM, moteurs électriques, systèmes de communication sans fil et accélérateurs de particules. Alors que des milliers d'exemples de matériaux supraconducteurs sont connus de la communauté scientifique, de nombreuses questions subsistent sur le pourquoi et le comment de la supraconductivité. De nouvelles recherches pourraient apporter une réponse.

Une équipe de recherche qui comprend Jianshi Zhou, professeur de recherche en génie mécanique à la Cockrell School of Engineering et membre de l'Université du Texas à Austin's Texas Materials Institute, a confirmé l'existence d'une transition de phase à une température proche du zéro degré absolu, supérieure à la température nécessaire pour de nombreux supraconducteurs, dans des matériaux supraconducteurs à base d'oxyde de cuivre (ou cuprate). L'équipe pense que cela pourrait être pendant cette phase de transition, le "point critique quantique, " lorsque la supraconductivité se produit réellement. Les résultats ont été publiés dans un récent numéro de la revue La nature .

L'étude a mesuré les effets de la chaleur sur deux systèmes de cuprate connus pour être supraconducteurs :Eu-LSCO et Nd-LSCO, les deux systèmes cristallins à base d'oxyde de cuivre. Les deux matériaux ont été refroidis à leurs points de température critiques tandis que de grands champs magnétiques ont été utilisés pour supprimer leur supraconductivité. Les signatures thermodynamiques résultantes produites par l'expérience ont confirmé l'existence de la phase de « criticité quantique » dans les exemples analysés.

"La "criticité quantique" avait été proposée comme un facteur potentiel pour faciliter la supraconductivité dans les systèmes de cuprate, " a déclaré Zhou. "Notre étude confirme que c'est le cas."

Zhou est le seul chercheur basé aux États-Unis sur l'étude et l'un d'une poignée d'ingénieurs dans le monde ayant l'expertise pour développer et analyser les systèmes de cristaux de cuprate, l'un des supraconducteurs les plus couramment utilisés.

Les ingénieurs classent souvent les matériaux en fonction de leur résistance au passage des courants électriques. C'est une propriété mesurée en observant le comportement des électrons. Des métaux comme le cuivre, un élément clé des fils reliant nos chargeurs de smartphones, micro-ondes, les ampoules et plus encore aux prises de courant - sont constitués d'électrons qui se déplacent librement autour de sa structure atomique. Celui-ci offre une faible résistance aux courants électriques, une propriété qui en fait un conducteur fort.

La résistance, peu importe la faiblesse, est indésirable dans les matériaux conducteurs car l'énergie utilisée pour résister se transforme en chaleur et est techniquement gaspillée. Dans un monde parfait, les câbles seraient fabriqués à partir d'un matériau sans résistance au courant électrique. C'est là qu'interviennent les supraconducteurs. Cependant, parce que tous les supraconducteurs connus doivent être refroidis à des températures extrêmement basses, ils sont difficiles à utiliser régulièrement dans des applications pratiques. Finalement, les ingénieurs et les scientifiques du monde entier continuent de rechercher des matériaux supraconducteurs pouvant être utilisés à des températures beaucoup plus élevées, en espérant atteindre la température ambiante. Chaque découverte faite rapproche les chercheurs d'un pas de plus.

"Comprendre pourquoi ces matériaux deviennent des supraconducteurs nous conduira à ce Saint Graal des supraconducteurs à température ambiante, " dit Zhou. " Ce n'est qu'une question de temps, avec un peu de chance."