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Après les supraconducteurs, les superisolants !

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Des chercheurs allemands et américains ont démontré qu'un supraconducteur pouvait se transformer en superisolant. A terme, cette découverte pourrait servir à fabriquer des batteries idéales.

John Bardeen, Leon Cooper, J. Robert Schrieffer. Crédit : Université Warwick

Les supraconducteurs sont des matériaux dans lesquels, lorsque la température descend suffisamment pour atteindre une valeur dite critique, des paires de Cooper se forment. Il s'agit d'appariement de particules chargées, comme des électrons, dont les moments cinétiques demi-entiers s'ajoutent pour former des bosons. On obtient alors un superfluide chargé qui peut s'écouler sans aucune résistance. La théorie classique de cet effet a été établie par John Bardeen, Leon Cooper et J. Robert Schrieffer.

Pendant les années 1990, les chercheurs ont commencé à réaliser que d'autres transitions de phase devaient se produire à plus basse température et même au zéro absolu, toujours en raison d'effets quantiques. Aujourd'hui, Christoph Strunk de l'Université de  Regensburg en Allemagne et Valerii Vinokur de l'Argonne National Laboratory (Etats-Unis), avec d'autres chercheurs, ont découvert que des films de nitrure de titane, normalement supraconducteurs, pouvaient devenir... des supersisolants. Plongés dans un champ magnétique et refroidis à une température inférieure à 70 mK (millikelvins), ces films présentent alors une résistance infinie au courant électrique

Le prix Nobel Brian Josephson.

Un phénomène encore mal compris

Dans un supraconducteur, le manque de résistance vient, on l'a vu, de ce que les électrons se lient ensemble pour former des paires de Cooper. Quand un matériau supraconducteur est aplati jusqu'à devenir un film granulaire, le superfluide de paires de Cooper se divise en îlots formant des sortes de flaques séparées par des régions isolantes se comportant comme des jonctions Josephson, les paires de Cooper individuelles ne pouvant alors passer entre les îlots que par effet tunnel. Très près du zéro absolu, les régions isolantes deviennent chargées et tendent à s'opposer à tout passage de courant.

L'explication du phénomène n'est pas simple et la controverse fait actuellement rage dans la communauté scientifique. Selon Vinokour et ses collègues, comme ils l'expliquent dans Nature, lorsqu'un champ magnétique pénètre le supraconducteur, le flux magnétique provoque des structures quantifiées, analogues aux tourbillons dans un fluide, entre lesquelles les charges circulent. Dans le cas d'un superisolant, l'inverse se produirait, les charges resteraient fixes mais les tourbillons quantifiés passeraient d'une paire de Cooper à l'autre en bloquant tout transport de charge.

Selon les chercheurs, et bien que de nombreux progrès soient sans doute nécessaires, ce phénomène de « superisolation » pourrait permettre de fabriquer des batteries idéales, qui ne subiraient aucune perte de charges.

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