Calculs effectués par une équipe internationale de chercheurs espagnols, Italie, La France, Allemagne, et le Japon montrent que la structure cristalline du composé supraconducteur record LaH10 est stabilisée par des fluctuations quantiques atomiques. Ce résultat suggère qu'une supraconductivité approchant la température ambiante peut être possible dans des composés riches en hydrogène à des pressions beaucoup plus basses que celles attendues auparavant avec les calculs classiques. Les résultats sont publiés aujourd'hui dans La nature .

Atteindre la supraconductivité à température ambiante est l'un des plus grands rêves de la physique. Sa découverte apporterait une révolution technologique en assurant le transport électrique sans perte, moteurs ou générateurs électriques ultra-efficaces, ainsi que la possibilité de créer d'énormes champs magnétiques sans refroidissement. Les découvertes récentes de la supraconductivité d'abord à 200 kelvins dans le sulfure d'hydrogène et plus tard à 250 kelvins dans LaH10 ont attiré l'attention sur ces matériaux, apportant l'espoir d'atteindre bientôt la température ambiante. Il est maintenant clair que les composés riches en hydrogène peuvent être des supraconducteurs à haute température. Au moins à hautes pressions :les deux découvertes ont été faites au-dessus de 100 gigapascals, un million de fois la pression atmosphérique.

Les 250 kelvins (-23ºC) obtenus en LaH10, la température habituelle à laquelle fonctionnent les congélateurs domestiques, est la température la plus élevée pour laquelle la supraconductivité n'a jamais été observée. La possibilité de supraconductivité à haute température dans LaH10, un superhydrure formé de lanthane et d'hydrogène, a été anticipé par les prédictions de la structure cristalline en 2017. Ces calculs suggèrent qu'au-dessus de 230 gigapascals un composé LaH10 hautement symétrique (groupe spatial Fm-3m), avec une cage à hydrogène renfermant les atomes de lanthane (voir figure), serait formé. Il a été calculé que cette structure se déformerait à des pressions inférieures, briser le modèle hautement symétrique. Cependant, les expériences réalisées en 2019 ont permis de synthétiser le composé hautement symétrique à des pressions beaucoup plus basses, à partir de 130 et 220 gigapascals, et mesurer la supraconductivité autour de 250 kelvins dans cette plage de pression. La structure cristalline du supraconducteur record, et donc sa supraconductivité, restait donc pas tout à fait clair.

Maintenant, grâce aux nouveaux résultats publiés dans La nature , nous savons que les fluctuations quantiques atomiques "collent" la structure symétrique de LaH10 dans toute la gamme de pression dans laquelle la supraconductivité a été observée. Plus en détail, les calculs montrent que si les atomes sont traités comme des particules classiques, C'est, comme de simples points dans l'espace, de nombreuses distorsions de la structure tendent à abaisser l'énergie du système. Cela signifie que le paysage énergétique classique est très complexe, avec de nombreux minima (voir figure), comme un matelas très déformé car de nombreuses personnes se tiennent dessus. Cependant, quand les atomes sont traités comme des objets quantiques, qui sont décrits avec une fonction d'onde délocalisée, le paysage énergétique est complètement remodelé :un seul minimum est évident (voir figure), ce qui correspond à la structure Fm-3m hautement symétrique. En quelque sorte, les effets quantiques éliminent tout le monde dans le matelas sauf une personne, qui ne déforme le matelas qu'en un seul point.

Par ailleurs, les estimations de la température critique utilisant le paysage énergétique quantique concordent de manière satisfaisante avec les preuves expérimentales. Cela soutient en outre la structure à haute symétrie Fm-3m en tant que responsable de l'enregistrement supraconducteur.