Des scientifiques de l'Université métropolitaine de Tokyo ont créé un nouveau matériau supraconducteur en couches avec une couche conductrice en bismuth, argent, étain, soufre et sélénium. La couche conductrice comporte quatre sous-couches distinctes; en introduisant plus d'éléments, ils ont pu atteindre une personnalisation inégalée et une "température critique" plus élevée en dessous de laquelle la supraconductivité est observée, un objectif clé de la recherche sur les supraconducteurs. Leur stratégie de conception peut être appliquée pour concevoir des matériaux supraconducteurs nouveaux et améliorés.

Autrefois une curiosité académique, les supraconducteurs sont aujourd'hui à la pointe de réelles innovations technologiques. Des aimants supraconducteurs sont vus dans les appareils d'IRM de tous les jours, accélérateurs de particules pour traitements médicaux, sans oublier le nouveau train maglev Chuo Shinkansen reliant Tokyo à Nagoya en cours de construction. Récemment, une toute nouvelle classe de structures supraconductrices "en couches" a été étudiée, constitué de couches alternées de couches cristallines bidimensionnelles supraconductrices et isolantes. En particulier, la personnalisation du système a suscité un intérêt particulier à la lumière de son potentiel pour créer des dispositifs thermoélectriques ultra-efficaces et une toute nouvelle classe de matériaux supraconducteurs « haute température ».

Une équipe dirigée par le professeur agrégé Yoshikazu Mizuguchi de l'Université métropolitaine de Tokyo a récemment créé un supraconducteur en couches à base de sulfure de bismuth; leurs travaux ont déjà révélé de nouvelles propriétés thermoélectriques et une "température critique" élevée en dessous de laquelle la supraconductivité est observée. Maintenant, travailler avec une équipe de l'Université de Yamanashi, ils ont pris une version multicouche du système, où la couche conductrice est constituée de quatre couches atomiques, et commencé à échanger de petites proportions de différentes espèces atomiques pour sonder comment le matériau change.

Partant d'une couche conductrice en bismuth, argent et soufre, ils ont essayé de substituer une partie de l'argent à l'étain. En variant la quantité d'argent, ils ont pu élever la température critique de 0,5K à plus de 2,0K. De façon intéressante, ils ont constaté que cela s'accompagnait de la disparition d'une anomalie de sa résistivité à des températures significativement plus élevées. Bien que la raison derrière cela ne soit pas encore comprise, il est clair que l'ajout d'étain a considérablement modifié la structure électronique du matériau. Par ailleurs, ils ont pris leur meilleur bismuth, argent, combinaison de soufre et d'étain et a substitué une partie du soufre au sélénium, une modification connue pour améliorer les propriétés supraconductrices de leur matériau de sulfure de bismuth d'origine. Non seulement ils ont augmenté la température critique à 3,0K, ils ont découvert que la réponse aux champs magnétiques montrait des signatures de supraconductivité "en vrac", apportant la preuve claire qu'ils pouvaient en fait accéder à la fois aux avantages de la dimensionnalité réduite et des matériaux en vrac.

En changeant la composition et le nombre de couches, l'équipe pense être sur le point de réaliser une ingénierie ascendante de nouveaux, matériaux supraconducteurs sur mesure à base de sulfure de bismuth.