Dans une prochaine étape critique vers la supraconductivité à température ambiante à pression ambiante, Paul Chu, Directeur fondateur et scientifique en chef au Texas Center for Superconductivity à l'Université de Houston (T c SUH), Liangzi Deng, professeur assistant de recherche en physique à T c SUH, et leurs collègues de T c SUH a conçu et développé une technique de trempe sous pression (PQ) qui conserve la température de transition élevée induite et/ou induite par la pression (T c ) même après la suppression de la pression appliquée qui génère cette phase.

Pengcheng Dai, professeur de physique et d'astronomie à l'Université Rice et son groupe, et Yanming Ma, Doyen du Collège de physique de l'Université de Jilin, et son groupe ont contribué à démontrer avec succès la possibilité de la technique de trempe sous pression dans un modèle supraconducteur à haute température, séléniure de fer (FeSe). Les résultats ont été publiés dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Nous avons dérivé la méthode de trempe sous pression de la formation du diamant artificiel par Francis Bundy à partir de graphite en 1955 et d'autres composés métastables, " a déclaré Chu. "Le graphite se transforme en diamant lorsqu'il est soumis à une pression élevée à des températures élevées. Trempe sous pression rapide subséquente, ou suppression de la pression, laisse la phase diamant intacte sans pression."

Chu et son équipe ont appliqué ce même concept à un matériau supraconducteur avec des résultats prometteurs.

"Le séléniure de fer est considéré comme un simple supraconducteur à haute température avec une température de transition (T c ) pour passer à un état supraconducteur à 9 Kelvin (K) à pression ambiante, " dit Chu.

"Quand nous avons fait pression, le T c augmenté à ~ 40 K, plus que quadrupler qu'à température ambiante, nous permettant de distinguer sans ambiguïté la phase PQ supraconductrice de la phase originale non-PQ. Nous avons ensuite essayé de conserver la phase supraconductrice renforcée à haute pression après avoir supprimé la pression à l'aide de la méthode PQ, et il s'avère que nous le pouvons."

Les réalisations du Dr Chu et de ses collègues rapprochent les scientifiques de la réalisation du rêve de la supraconductivité à température ambiante à pression ambiante, récemment signalé dans les hydrures uniquement sous une pression extrêmement élevée.

La supraconductivité est un phénomène découvert en 1911 par Heike Kamerlingh Onnes en refroidissant le mercure en dessous de sa transition T c de 4,2 K, réalisable à l'aide d'hélium liquide, ce qui est rare et cher. Le phénomène est profond en raison de la capacité du supraconducteur à présenter une résistance nulle lorsque l'électricité se déplace à travers un fil supraconducteur et de son expulsion du champ magnétique généré par un aimant. Ensuite, son vaste potentiel dans les secteurs de l'énergie et des transports a été immédiatement reconnu.

Pour faire fonctionner un appareil supraconducteur, il faut le refroidir en dessous de son T c , qui demande de l'énergie. Plus le T est élevé c , le moins d'énergie nécessaire. Par conséquent, élever le T c avec l'objectif ultime d'une température ambiante de 300 K a été la force motrice des scientifiques dans la recherche sur la supraconductivité depuis sa découverte.

Au mépris de la croyance qui prévalait alors selon laquelle T c ne pouvait pas dépasser les années 30 K, Paul Chu, et ses collègues ont découvert la supraconductivité dans une nouvelle famille de composés à 93 K en 1987, réalisable par la simple utilisation du peu coûteux, liquide de refroidissement industriel rentable d'azote liquide. Le T c a été continuellement élevée depuis à 164 K par Chu et al. et d'autres groupes ultérieurs de scientifiques. Récemment un T c de 287 K a été atteint par Dias et al. de l'Université de Rochester en sulfure de carbone-hydrogène sous 267 gigapascal (GPa).

En bref, l'avancement de T c à température ambiante est en effet à portée de main. Mais pour le développement scientifique et technologique futur des hydrures, la caractérisation des matériaux et la fabrication des dispositifs à pression ambiante est nécessaire.

"Notre méthode nous permet de rendre le matériau supraconducteur avec un T plus élevé c sans pression. Elle permet même de conserver à l'ambiante la phase non supraconductrice qui n'existe que dans FeSe au-dessus de 8 GPa. Il n'y a aucune raison que la technique ne puisse pas être également appliquée aux hydrures qui ont montré des signes de supraconductivité avec un T c approche de la température ambiante."

La réalisation rapproche la communauté universitaire de la supraconductivité à température ambiante (RTS) sans pression, ce qui signifierait des applications pratiques omniprésentes pour les supraconducteurs du domaine médical, par la transmission de puissance et le stockage au transport, avec des impacts chaque fois que l'électricité est utilisée.

La supraconductivité comme moyen d'améliorer la production d'électricité, le stockage et la transmission n'est pas une idée nouvelle, mais elle nécessite davantage de recherche et de développement pour se généraliser avant que la supraconductivité à température ambiante ne devienne une réalité. La capacité de résistance électrique nulle signifie que l'énergie peut être générée, transmis et stockés sans perte, un énorme avantage à faible coût. Cependant, la technologie actuelle exige que le dispositif supraconducteur soit maintenu à des températures extrêmement basses pour conserver son état unique, qui nécessite encore de l'énergie supplémentaire en tant que frais généraux, sans parler du risque potentiel de défaillance accidentelle du système de refroidissement. D'où, un supraconducteur RTS sans pression supplémentaire pour maintenir ses propriétés bénéfiques est une nécessité pour aller de l'avant avec des applications plus pratiques.

Les propriétés de la supraconductivité ouvrent également la voie à un concurrent du célèbre train à grande vitesse vu dans toute l'Asie de l'Est :un train maglev. Abréviation de "lévitation magnétique, " le premier train maglev construit à Shanghai en 2004 a élargi avec succès l'utilisation au Japon et en Corée du Sud et est à l'étude pour une exploitation commerciale aux États-Unis. À des vitesses maximales de 375 milles à l'heure, les vols de cross-country voient un concurrent rapide dans le train maglev. Un supraconducteur à température ambiante pourrait aider Elon Musk à réaliser son rêve d'un "hyperloop" pour voyager à une vitesse de 1000 miles par heure.

Cette mise en œuvre réussie de la technique PQ sur les supraconducteurs à température ambiante discutée dans l'article de Chu et Deng est essentielle pour rendre les supraconducteurs possibles pour des applications pratiques omniprésentes.

Maintenant, l'énigme du RTS à pression ambiante est encore plus proche d'être résolue.