Aujourd'hui, une équipe internationale de chercheurs dirigée par Séamus Davis, professeur de physique à l'Université d'Oxford et à l'University College Cork, a annoncé des résultats qui révèlent le mécanisme atomique derrière les supraconducteurs à haute température. Les résultats sont publiés dans PNAS .

Les supraconducteurs sont des matériaux qui peuvent conduire l'électricité avec une résistance nulle, de sorte qu'un courant électrique peut persister indéfiniment. Ceux-ci sont déjà utilisés dans diverses applications, notamment les scanners IRM et les trains maglev à grande vitesse, mais la supraconductivité nécessite généralement des températures extrêmement basses, ce qui limite leur utilisation généralisée. L'un des principaux objectifs de la recherche en physique est de développer des supraconducteurs fonctionnant à température ambiante, ce qui pourrait révolutionner le transport et le stockage de l'énergie.

Certains matériaux d'oxyde de cuivre présentent une supraconductivité à des températures plus élevées que les supraconducteurs conventionnels, mais le mécanisme sous-jacent est resté inconnu depuis leur découverte en 1987.

Pour étudier cela, une équipe internationale impliquant des scientifiques d'Oxford, de Cork en Irlande, des États-Unis, du Japon et d'Allemagne, a développé deux nouvelles techniques de microscopie. Le premier d'entre eux mesurait la différence d'énergie entre les orbitales des atomes de cuivre et d'oxygène, en fonction de leur emplacement. La deuxième méthode mesurait l'amplitude de la fonction d'onde de la paire d'électrons (la force de la supraconductivité) à chaque atome d'oxygène et à chaque atome de cuivre.

"En visualisant la force de la supraconductivité en fonction des différences entre les énergies orbitales, nous avons pu pour la première fois mesurer avec précision la relation requise pour valider ou invalider l'une des principales théories de la supraconductivité à haute température, à l'échelle atomique. ", a déclaré le professeur Davis.

Comme prédit par la théorie, les résultats ont montré une relation inverse quantitative entre la différence d'énergie de transfert de charge entre les atomes d'oxygène et de cuivre adjacents et la force de la supraconductivité.

Selon l'équipe de recherche, cette découverte pourrait constituer une étape historique vers le développement de supraconducteurs à température ambiante. En fin de compte, ceux-ci pourraient avoir des applications de grande envergure allant des trains maglev, des réacteurs à fusion nucléaire, des ordinateurs quantiques et des accélérateurs de particules à haute énergie, sans parler du transfert et du stockage d'énergie super efficaces.

Dans les matériaux supraconducteurs, la résistance électrique est minimisée car les électrons qui transportent le courant sont liés ensemble dans des "paires de Cooper" stables. Dans les supraconducteurs à basse température, les paires de Cooper sont maintenues ensemble par des vibrations thermiques, mais à des températures plus élevées, elles deviennent trop instables. Ces nouveaux résultats démontrent que, dans les supraconducteurs à haute température, les paires de Cooper sont plutôt maintenues ensemble par des interactions magnétiques, les paires d'électrons se liant via une communication mécanique quantique à travers l'atome d'oxygène intermédiaire.

Le professeur Davis a ajouté que "cela a été l'un des problèmes du Saint Graal dans la recherche en physique pendant près de 40 ans. Beaucoup de gens pensent que des supraconducteurs à température ambiante bon marché et facilement disponibles seraient aussi révolutionnaires pour la civilisation humaine que l'introduction de l'électricité elle-même. " + Explorer plus loin

La fenêtre à l'échelle atomique sur la supraconductivité ouvre la voie à de nouveaux matériaux quantiques