Les données des rayons X ont permis aux scientifiques de construire un modèle de la structure cristalline du matériau. Crédit :Drozdov et al.
Des scientifiques de l'Université de Chicago font partie d'une équipe de recherche internationale qui a découvert la supraconductivité - la capacité de conduire parfaitement l'électricité - aux températures les plus élevées jamais enregistrées.
En utilisant la technologie de pointe du laboratoire national d'Argonne affilié à UChicago, l'équipe a étudié une classe de matériaux dans laquelle ils ont observé la supraconductivité à des températures d'environ moins 23 degrés Celsius (moins 9 degrés Fahrenheit, 250 K) - un saut d'environ 50 degrés par rapport au précédent record confirmé.
Bien que la supraconductivité se soit produite sous une pression extrêmement élevée, le résultat représente toujours un grand pas vers la création de supraconductivité à température ambiante, l'objectif ultime pour les scientifiques de pouvoir utiliser ce phénomène pour des technologies avancées. Les résultats ont été publiés le 23 mai dans la revue La nature ; Vitali Prakapenka, professeur-chercheur à l'Université de Chicago, et Eran Greenberg, chercheur postdoctoral à l'Université de Chicago, sont co-auteurs de la recherche.
Tout comme un fil de cuivre conduit mieux l'électricité qu'un tube en caoutchouc, certains types de matériaux sont meilleurs pour devenir supraconducteurs, un état défini par deux propriétés principales :Le matériau offre une résistance nulle au courant électrique et ne peut pas être pénétré par les champs magnétiques. Les utilisations potentielles sont aussi vastes qu'excitantes :fils électriques sans courants décroissants, des supercalculateurs extrêmement rapides et des trains à lévitation magnétique efficaces.
Mais les scientifiques n'étaient auparavant capables de créer des matériaux supraconducteurs que lorsqu'ils étaient refroidis à des températures extrêmement froides. moins 240 degrés Celsius et plus récemment environ moins 73 degrés Celsius. Étant donné qu'un tel refroidissement est coûteux, il a limité leurs applications dans le monde en général.
Des prédictions théoriques récentes ont montré qu'une nouvelle classe de matériaux d'hydrures supraconducteurs pourrait ouvrir la voie à une supraconductivité à plus haute température. Des chercheurs de l'Institut de chimie Max Planck en Allemagne se sont associés à des chercheurs de l'Université de Chicago pour créer l'un de ces matériaux, appelés superhydrures de lanthane, tester sa supraconductivité, et déterminer sa structure et sa composition.
Les scientifiques ont bombardé un échantillon d'un nouveau matériau supraconducteur avec des rayons X pour étudier sa structure à la source avancée de photons du laboratoire national d'Argonne. La fluorescence X crée la couleur verdâtre sur l'échantillon (centre). Crédit :Drozdov et al.
Le seul hic était que le matériau devait être placé sous une pression extrêmement élevée - entre 150 et 170 gigapascals, plus d'un million et demi de fois la pression au niveau de la mer. Ce n'est que dans ces conditions de haute pression que le matériau - un petit échantillon de seulement quelques microns de diamètre - a présenté une supraconductivité à la nouvelle température record.
En réalité, le matériau présentait trois des quatre caractéristiques nécessaires pour prouver la supraconductivité :il a perdu sa résistance électrique, a diminué sa température critique sous un champ magnétique externe et a montré un changement de température lorsque certains éléments ont été remplacés par différents isotopes. La quatrième caractéristique, appelé effet Meissner, dans lequel le matériau expulse tout champ magnétique, n'a pas été détecté. C'est parce que le matériau est si petit que cet effet n'a pas pu être observé, les chercheurs ont dit.
Ils ont utilisé la source avancée de photons du laboratoire national d'Argonne, qui fournit ultra-lumineux, des faisceaux de rayons X à haute énergie qui ont permis des percées dans tout, des meilleures batteries à la compréhension de l'intérieur profond de la Terre, pour analyser le matériel. Dans l'expérience, des chercheurs du Center for Advanced Radiation Sources de l'Université de Chicago ont pressé un petit échantillon du matériau entre deux minuscules diamants pour exercer la pression nécessaire, puis utilisé les rayons X de la ligne de lumière pour sonder sa structure et sa composition.
Étant donné que les températures utilisées pour mener l'expérience se situent dans la plage normale de nombreux endroits dans le monde, cela fait que l'objectif ultime de la température ambiante - ou au moins 0 degré Celsius - semble à portée de main.
L'équipe poursuit déjà sa collaboration pour trouver de nouveaux matériaux capables de créer de la supraconductivité dans des conditions plus raisonnables.
"Notre prochain objectif est de réduire la pression nécessaire pour synthétiser des échantillons, rapprocher la température critique de l'ambiante, et peut-être même créer des échantillons qui pourraient être synthétisés à haute pression, mais toujours supraconducteur aux pressions normales, " a déclaré Prakapenka. " Nous continuons à rechercher de nouveaux composés intéressants qui nous apporteront de nouveaux, et souvent inattendu, découvertes."
