Publiée dans la revue Nature, la recherche a été menée par des scientifiques du California Institute of Technology (Caltech). En utilisant une combinaison de technologies de pointe, notamment un gaz atomique ultrafroid et des techniques d’imagerie à haute résolution, l’équipe a pu créer et observer de minuscules nuages d’atomes fermioniques interagissant et formant des paires.
Au cœur de la supraconductivité se trouve le phénomène « d’appariement ». Lorsque certains matériaux sont refroidis en dessous d’une température critique, certains de leurs électrons commencent à s’apparier pour former des paires de Cooper. Ces paires se déplacent en parfaite synchronisation, perdant ainsi leur identité individuelle et se comportant comme une seule entité cohérente. Cet état « superfluide » permet aux électrons de circuler sans aucune résistance, ce qui rend les supraconducteurs inestimables dans diverses applications, de la transmission d'énergie à l'imagerie médicale.
"Le mystère de la formation des paires captive les physiciens depuis des décennies", explique le professeur Caltech, auteur principal de l'étude. "Les instantanés que nous avons obtenus nous aident à visualiser et à comprendre les processus dynamiques impliqués dans l'appariement de Cooper et à jeter les bases de l'étude de systèmes de matière condensée plus complexes, tels que ceux trouvés dans les supraconducteurs à haute température."
Dans leurs expériences, les physiciens de Caltech ont utilisé un gaz d’atomes d’ytterbium refroidi à des températures ultra-froides, proches du zéro absolu. En contrôlant les interactions entre les atomes avec des impulsions laser précises, ils ont pu produire des nuages de paires de fermions constitués de deux atomes chacun. Au fur et à mesure que ces paires se dilataient et se dispersaient, les chercheurs ont capturé des images exquises à l’aide d’un système d’imagerie haute résolution.
Les images obtenues ont clairement révélé la distribution spatiale des paires de fermions, y compris leurs états de quantité de mouvement et d'énergie. Ces observations détaillées ont permis aux physiciens de comprendre la physique sous-jacente au processus d’appariement et ses implications pour la supraconductivité.
À mesure que l’on comprend mieux l’appariement de Cooper et la supraconductivité, cela ouvre la possibilité de développer de nouveaux matériaux supraconducteurs offrant une efficacité et des performances améliorées. Cela pourrait révolutionner les industries dans tous les domaines, en améliorant les réseaux électriques, en améliorant les appareils d’imagerie médicale et en alimentant les futurs systèmes ferroviaires à grande vitesse. Les recherches présentées dans Nature représentent une avancée significative dans cette quête, ouvrant la voie à une nouvelle ère d’exploration dans le monde de la supraconductivité.
