Sciences

Des générateurs de rayons T avec des supraconducteurs à haute température critique

ActualitéClassé sous :physique , supraconductivité , supraconducteur à haute température critique

Radiations électromagnétiques dans le domaine du térahertz (THz), les ondes T ont l'avantage de ne pas être ionisantes, contrairement aux rayons X. Une équipe de chercheurs vient de trouver un moyen pour fabriquer  plus facilement des générateurs de rayons T : ils emploient des supraconducteurs à haute température critique.

Le supraconducteur à haute température BSCCO émet des radiations cohérentes dans le domaine du térahertz. Il est formé d’une alternance de couches supraconductrices (bleu) et d’isolants (blanc). Crédit : Science

Intercalés entre les domaines des micro-ondes et du visible, les rayons T font partie de ce qu'on appelle l'infrarouge lointain. Ils ont attiré l'attention depuis quelque temps déjà car ils permettent de voir à travers de nombreux corps aussi facilement qu'avec des rayons X  mais sans en avoir les inconvénients. En effet, ils ne sont pas ionisants. Toutefois, comme ils ne traversent pas l'eau, ils ne permettent de pénétrer que de quelques millimètres dans les tissus vivants. Cela suffit déjà, cependant, pour permettre de diagnostiquer des tumeurs sous-cutanées.

Les rayons T pénètrent facilement le plastique et les vêtements, ce qui en fait des instruments de choix dans le domaine de la sécurité, là encore sans les inconvénients pour la santé d'un usage répété de rayons X. Il existe déjà plusieurs sources de rayons T, mais elles ne sont pas très pratiques et en général, les rayons T possèdent des fréquences trop hautes pour être générés facilement avec des semi-conducteurs ou trop basses pour qu'on les obtienne aisément avec des lasers.

Les rayons T dans le spectre électromagnétique, entre micro-ondes et infrarouge. Crédit : Esa

La clé pour un générateur de rayons T : des jonctions Josephson

D'après un groupe de chercheurs japonais, turcs et américains, il est possible de réaliser un générateur de rayons T en utilisant un supraconducteur à haute température connu sous le nom de BSCCO (Bi2Sr2CaCu2O8). Celui-ci contient naturellement ce qu'on appelle des jonctions Josephson, du nom du prix Nobel Brian Josephson.

Il s'agit ici d'une alternance de couches supraconductrices basées sur du CuO et de couches d'isolants constituées de BiO et SrO. En appliquant un voltage fixe aux bornes d'une jonction Josephson, celle-ci, à cause d'un effet quantique bien connu, l'effet tunnel, devient le lieu de la formation d'un courant alternatif. Ce faisant, une jonction Josephson devient capable d'émettre de la lumière à une fréquence donnée.

L'émission de l'ensemble des jonctions Josephson du BSCCO peut être synchronisée si l'on soumet celles-ci à une différence de potentiel, non plus fixe, mais oscillante à une certaine fréquence adaptée. Il se produit alors une résonance et une quantité importante de rayons T est émise.

Ulrich Welp, de l'Argonne National Laboratory, et ses collègues sont passés de la théorie à la pratique. Ils ont empilé 200.000 jonctions Josephson dans un échantillon de BSCCO d'une hauteur de 300-µm. Cela leur a permis de d'obtenir un générateur de rayons T  pouvant émettre des fréquences jusqu'à  0,85 THz. Toutefois, la puissance de ce générateur n'est que de 0,5 µW et il faudrait atteindre au moins 1 mW.

Il reste donc encore du travail à faire avant que des générateurs de ce type n'équipent des aéroports pour détecter des explosifs ou des couteaux.

Cela vous intéressera aussi