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Un hydrocarbure insaturé devient supraconducteur

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Découverte surprenante : un simple hydrocarbure insaturé, le picène, devient un matériau supraconducteur quand on lui ajoute d'une façon appropriée des atomes de potassium....

La structure chimique du picène et ses cristaux. Crédit Nature

L'étain et l'aluminium sont des supraconducteurs à basses températures, mais pas l'or ni l'argent. Plusieurs alliages métalliques le sont et on connaît aussi l'exemple des cuprates. On pourrait donc croire que seuls des matériaux métalliques, ou presque, peuvent devenir supraconducteurs. Or on connaît aussi depuis 1979 des supraconducteurs organiques. Des chercheurs du Laboratoire de physique des solides (LPS) de Paris XI ont en effet découvert à cette époque qu'un composé de carbone et de sélénium, le sel de Bechgaard, pouvait devenir supraconducteur à basses températures.

Autre exemple, il y a quelques années, Kosmas Prassides, de l'Université de Durham et Matt Rosseinsky de celle de Liverpool, ont découvert avec leur collègues que des molécules de C60, les fameux Buckminsterfullerene, dopées au césium et sous forme solide, devenaient supraconductrices au-dessous de 38 K.

C'est une température plutôt chaude par comparaison avec un supraconducteur ordinaire. Il n'est donc pas difficile d'imaginer que des supraconducteurs organiques pourraient être une voie de recherche intéressantes pour étudier et comprendre les supraconducteurs à hautes températures critiques. Peut-être même les études à leur sujets feront-elles découvrir des matériaux supraconducteurs à température ambiante qui révolutionneraient notre technologie.

Nous somme encore très loin de tout cela mais le fait qu'un cristal produit à partir du picène, un hydrocarbure aromatique polycyclique obtenu par distillation du goudron et du pétrole, puisse devenir supraconducteur à 18 K lorsqu'on lui ajoute d'une façon convenable des atomes de potassium, est une piste de plus.

La formule brute du picène est C22H14. Plusieurs de ces molécules forment un cristal et les chercheurs japonais ont découvert que lorsque la proportion d'atomes de potassium ajoutés à ce cristal est comprise entre 2,6 et 3,3 atomes par molécule, le cristal exhibe la propriété de supraconductivité à suffisamment basse température. On obtient précisément 6,5 K pour 2,6 et 18 K à 3,3.

Le potassium est un élément alcalin. Les chercheurs japonais en ont donc testé d'autres, comme le sodium, le césium, le rubidium. Il n'y a que dans ce dernier cas, avec 3,1 atomes, qu'une phase supraconductrice a été observée au-dessous de 7 K.

Les physiciens ne comprennent pas bien l'origine du phénomène. Par exemple, on ne sait pas encore exactement où se placent les atomes de potassium, entre les molécules ou dans les molécules, même si la dernière hypothèse est favorisée.