La recherche d'un supraconducteur capable de fonctionner dans des conditions moins extrêmes que des centaines de degrés en dessous de zéro ou à des pressions comme celles proches du centre de la Terre est une quête d'une nouvelle puissance révolutionnaire, celle qui est nécessaire pour les voitures à lévitation magnétique et une puissance ultra-efficace. grilles du futur.

Mais développer ce type de supraconducteur « à température ambiante » est un exploit que la science n'a pas encore réalisé.

Un chercheur de l'Université de Floride centrale, cependant, s'efforce de rapprocher cet objectif de la réalisation, avec certaines de ses dernières recherches publiées récemment dans la revue Physique des communications .

Dans l'étude, Yasuyuki Nakajima, professeur assistant au département de physique de l'UCF, et les co-auteurs ont montré qu'ils pouvaient regarder de plus près ce qui se passe dans les métaux "étranges".

Ces métaux "étranges" sont des matériaux spéciaux qui présentent un comportement thermique inhabituel en résistance électrique. Le comportement métallique "étrange" se retrouve dans de nombreux supraconducteurs à haute température lorsqu'ils ne sont pas dans un état supraconducteur, ce qui les rend utiles aux scientifiques qui étudient comment certains métaux deviennent des supraconducteurs à haute température.

Ce travail est important car un aperçu du comportement quantique des électrons dans la phase métallique « étrange » pourrait permettre aux chercheurs de comprendre un mécanisme de supraconductivité à des températures plus élevées.

"Si nous connaissons la théorie pour décrire ces comportements, nous pourrons peut-être concevoir des supraconducteurs à haute température, " dit Nakajima.

Les supraconducteurs tirent leur nom du fait qu'ils sont les conducteurs ultimes de l'électricité. Contrairement à un conducteur, ils ont une résistance nulle, lequel, comme un "frottement" électronique, " fait perdre de la puissance à l'électricité lorsqu'elle traverse un conducteur comme un fil de cuivre ou d'or.

Cela fait des supraconducteurs un matériau de rêve pour fournir de l'électricité aux villes, car l'énergie économisée en utilisant des fils sans résistance serait énorme.

Les supraconducteurs puissants peuvent également faire léviter des aimants lourds, ouvrant la voie à des voitures à lévitation magnétique pratiques et abordables, trains et plus.

Pour transformer un conducteur en supraconducteur, le matériau métallique doit être refroidi à une température extrêmement basse pour perdre toute résistance électrique, un processus abrupt que la physique doit encore développer une théorie complète pour expliquer.

Ces températures critiques auxquelles le changement est effectué sont souvent comprises entre -220 et -480 degrés Fahrenheit et impliquent généralement un système de refroidissement coûteux et encombrant utilisant de l'azote liquide ou de l'hélium.

Certains chercheurs ont réalisé des supraconducteurs qui fonctionnent à environ 59 degrés Fahrenheit, mais c'était aussi à une pression de plus de 2 millions de fois celle à la surface de la Terre.

Dans l'étude, Nakajima et les chercheurs ont pu mesurer et caractériser le comportement des électrons dans un état métallique "étrange" de matériau non supraconducteur, un alliage de fer pnictide, près d'un point critique quantique auquel les électrons passent de l'état prévisible, comportement individuel à se déplacer collectivement dans des fluctuations de la mécanique quantique qui sont difficiles à décrire théoriquement pour les scientifiques.

Les chercheurs ont pu mesurer et décrire le comportement des électrons en utilisant un mélange métallique unique dans lequel le nickel et le cobalt ont été substitués au fer dans un processus appelé dopage, créant ainsi un alliage de fer pnictide qui n'est pas supraconducteur jusqu'à -459,63 degrés Fahrenheit, bien en dessous du point auquel un conducteur deviendrait généralement un supraconducteur.

"Nous avons utilisé un alliage, un composé relatif de supraconducteur à base de fer à haute température, dans laquelle le rapport des constituants, fer à repasser, cobalt et nickel dans ce cas, est affiné pour qu'il n'y ait pas de supraconductivité même près du zéro absolu, ", dit Nakajima. "Cela nous permet d'accéder au point critique auquel les fluctuations quantiques régissent le comportement des électrons et d'étudier comment ils se comportent dans le composé."

Ils ont découvert que le comportement des électrons n'était décrit par aucune prédiction théorique connue, mais que la vitesse de diffusion à laquelle les électrons ont été transportés à travers le matériau peut être associée à ce qu'on appelle la dissipation planckienne, la limite de vitesse quantique sur la vitesse à laquelle la matière peut transporter de l'énergie.

"Le comportement critique quantique que nous avons observé est assez inhabituel et diffère complètement des théories et des expériences pour les matériaux critiques quantiques connus, " dit Nakajima. " La prochaine étape consiste à cartographier le diagramme de phase de dopage dans ce système d'alliage de fer pnictide. "

"Le but ultime est de concevoir des supraconducteurs à plus haute température, " dit-il. " Si nous pouvons le faire, nous pouvons les utiliser pour des scans d'imagerie par résonance magnétique, lévitation magnétique, les réseaux électriques, et plus, à moindre coût."

Débloquer des moyens de prédire le comportement de résistance des métaux « étranges » permettrait non seulement d'améliorer le développement des supraconducteurs, mais aussi d'éclairer les théories derrière d'autres phénomènes au niveau quantique, dit Nakajima.

"Les récents développements théoriques montrent des connexions surprenantes entre les trous noirs, la gravité et la théorie de l'information quantique à travers la dissipation planckienne, " dit-il. " Par conséquent, la recherche d'un comportement métallique « étrange » est également devenue un sujet brûlant dans ce contexte. »