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Un ordinateur pourrait découvrir de nouveaux supraconducteurs

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Par Laurent Sacco, Futura

Des simulations numériques indiquent qu'un matériau connu, le germane, serait un supraconducteur à haute température critique. Cette découverte et surtout la méthode utilisée laissent espérer l'existence de matériaux plus faciles à fabriquer et à utiliser que les cuprates, ce qui révolutionnerait les technologies basées sur la supraconductivité.

La structure du germane. En bleu les atomes de germanium et en orange ceux d'hydrogène. Crédit : ETH de Zurich

On connaît depuis le milieu des années 1980 des supraconducteurs à haute température critique, c'est-à-dire fonctionnant au-dessus de la température de liquéfaction de l'azote liquide. Ces cuprates ne sont malheureusement pas faciles à fabriquer. De plus, leurs propriétés mécaniques ressemblent à celles du graphite de nos crayons, ce qui limite fortement leur utilisation. On peut difficilement s'en servir pour réaliser des câbles, même si cela n'est pas impossible, et ils sont de plus toxiques.

On ne comprend toujours pas clairement le mécanisme à l'origine de la supraconductivité à haute température critique mais des progrès ont été réalisés. Toutefois, il se pourrait que dans le cadre de la théorie standard de la supraconductivité, il puisse exister certains matériaux capables de rivaliser avec les cuprates et qui n'en auraient pas les inconvénients.

Un aimant flottant dans un nuage d'azote au-dessus d'un supraconducteur. Crédit : François Jannin/Photothèque CNRS

Haute température mais aussi très haute pression

Brillant chercheur membre de l'ETZ de Zurich, Artem Oganov a mis au point une méthode permettant de déterminer sur ordinateur à quelle température certains matériaux deviennent supraconducteurs selon le mécanisme bien compris de la supraconductivité standard. Il a ainsi pu prédire la température de transition de phase faisant passer le silane (SiH4) à l'état supraconducteur : 17 K. Avec ses collègues, il vient de publier une nouvelle prédiction mais concernant un autre hydrure, le germane (GeH4, tétrahydrure de germanium).

La température de liquéfaction de l'azote est de 77 K (-195,79°C) et il est facile de disposer d'azote liquide en laboratoire ou dans le cadre de certaines applications technologique. Selon Oganov, c'est à 64 K que le germane deviendrait supraconducteur. D'après lui, les 13 K qu'il faudrait gagner pour pouvoir utiliser l'azote liquide ne nécessiteraient que des ajouts convenables d'atomes, par exemple de silicium.

Cependant, le germane, tout comme le silane, ne deviendrait supraconducteur que soumis à de fortes pressions, en l'occurrence deux mégabars, c'est-à-dire deux millions de fois la pression atmosphérique. C'est un inconvénient sérieux qui limiterait les applications du germane à des expériences ou des dispositifs de laboratoire. Mais ce serait déjà une importante avancée.