Quand les gens imaginent « de nouveaux matériaux, " ils pensent généralement à la chimie. Mais le physicien de l'UConn Ilya Sochnikov a une autre suggestion :la mécanique.

Sochnikov travaille avec des supraconducteurs. Les supraconducteurs sont des matériaux qui laissent passer l'électricité sans perdre d'énergie. Dans un conducteur normal, disons, une ligne électrique - le courant électrique est progressivement réduit par le frottement et la perte. Nous perdons jusqu'à 90 % de l'électricité que nous produisons de cette façon. Mais un courant électrique pourrait circuler à travers un circuit supraconducteur pour toujours, immuable. Des supraconducteurs pratiques feraient des réseaux électriques et de nombreux appareils, y compris les nouveaux ordinateurs, beaucoup plus économe en énergie.

Les chimistes et les métallurgistes ont expérimenté différentes combinaisons d'éléments pendant des années, essayer d'obtenir des supraconducteurs qui fonctionnent à des températures proches de la température ambiante (la plupart des supraconducteurs ne fonctionnent que lorsqu'ils sont super froids.) L'idée est de trouver la combinaison parfaite d'éléments qui auront exactement la bonne densité d'électrons, aux bonnes énergies. Quand cela arrive, les électrons s'apparient et se déplacent à travers le matériau de manière synchronisée, même à des températures supérieures à 77 degrés Kelvin, qui est la température de l'azote liquide. C'est considéré comme un supraconducteur à haute température, parce que l'azote liquide est bon marché à produire et peut être utilisé comme réfrigérant. Mais trouver la bonne chimie pour fabriquer de nouveaux et meilleurs supraconducteurs à haute température a été insaisissable.

Sochnikov et ses étudiants y pensent différemment. Et si des changements mécaniques tels que la compression ou l'étirement pouvaient faire d'un matériau un supraconducteur ? Changer la chimie consiste finalement à changer la disposition des atomes et des électrons dans un matériau. Les contraintes mécaniques peuvent faire la même chose, d'une autre façon.

Avec les étudiants du département de physique Chloe Herrera, Jonas Cerbin, Donny Davino, et Jacob Franklin, Sochnikov a conçu une machine pour étirer un petit morceau de supraconducteur pour voir ce qui se passerait. Ils ont choisi le titanate de strontium, un matériau bien connu utilisé dans les applications électroniques de haute technologie sous forme de gros cristaux presque parfaits, qui devient un supraconducteur à environ 0,5 degré Kelvin. C'est ridiculement froid, encore plus froid que l'hélium liquide. Mais le titanate de strontium se comporte d'une manière très étrange quand il fait si froid. Ses atomes se polarisent; cela signifie qu'ils oscillent tous en synchronie. Vous pouvez les imaginer rebondir doucement de haut en bas, tous ensemble. Ces oscillations ont tendance à lier les électrons entre eux, les aider à se déplacer en couple, c'est probablement ce qui le rend supraconducteur.

Sochnikov et les étudiants du groupe savaient que l'étirement du titanate de strontium changerait la façon dont ses atomes oscillaient. Cette, à son tour, pourrait changer la façon dont les électrons se sont déplacés. La machine qui étire le cristal est en cuivre pour évacuer la chaleur du cristal. La plupart des autres rouages ​​sont recouverts d'or pour refléter la chaleur de l'extérieur. Il utilise trois cylindres pour refroidir le matériau; d'abord à la température de l'azote liquide (70K), puis de l'hélium liquide (4K), puis à un mélange bouillant d'hélium-3 et d'hélium-4 (en raison d'effets quantiques étranges, il fait encore plus froid que l'hélium liquide ordinaire, à peine quelques millièmes de Kelvin ! Vraiment proche du zéro absolu !)

L'ensemble est suspendu dans un cadre en acier qui flotte sur des amortisseurs, pour éviter que des vibrations dans le sol ne perturbent l'expérience.

Quand Sochnikov, Herrera, Cerbin, Davin, et Franklin a fait l'expérience et a regardé les résultats, ils ont découvert que le titanate de strontium étiré devient supraconducteur à des températures 40 % supérieures à la normale. C'est une énorme augmentation, en pourcentage. Ils pensent que c'est parce que l'étirement du matériau facilite l'oscillation des atomes, coller les électrons ensemble plus fermement. Maintenant, ils travaillent pour calculer ce qui a fait la différence, et prévoyez de le tester dans d'autres matériaux dans un proche avenir.

"Habituellement, nous contrôlons chimiquement les matériaux. Ici, nous le faisons mécaniquement. Cela nous donne un autre outil pour rapprocher les supraconducteurs de la vie quotidienne, et découvrir de nouvelles fonctionnalités, " dit Sochnikov.