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Un nouveau composé supraconducteur à base d'or

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À l'état pur, comme le cuivre, l'or n'est pas un supraconducteur. On connaît quelques rares composés à base d'or qui le sont tout de même. Le dernier découvert intéresse les chercheurs parce qu'il est un laboratoire pour étudier des matériaux qui restent supraconducteurs malgré les forts champs magnétiques que peuvent y générer d'importants courants électriques.

L'or fascine l'humanité depuis des millénaires. Les alchimistes à la poursuite de sa synthèse étaient bien loin de se douter qu'on l’utiliserait aujourd'hui pour concevoir des matériaux dont ils n'imaginaient même pas l'existence ou l'intérêt : des supraconducteurs. Les cristaux d'or sur cette photo ne sont pas natifs, mais artificiels. © Wikipédia, cc by 3.0

Les scientifiques connaissent 27 métaux qui deviennent supraconducteurs en dessous d'une certaine température critique. Ils forment ce que l'on appelle des supraconducteurs de type I. Cela signifie qu'ils sont sensibles à l'intensité d'un champ magnétique. Normalement, ils n'en admettent pas en leur sein, ce qui conduit à l'expulsion bien connue des lignes de champs magnétiques, l'effet Meissner. Mais si le champ magnétique, généré par exemple par le courant dans un supraconducteur, devient trop important, l'état supraconducteur cesse. Les supraconducteurs de type II, des alliages, sont moins sensibles aux champs magnétiques. Pour des applications pratiques, on préfère évidemment des supraconducteurs de type II, parce qu'ils peuvent supporter des courants électriques plus intenses.

Curieusement, alors qu'ils sont de bons conducteurs de l'électricité, le cuivre, l'argent et l'or ne sont pas des supraconducteurs. On en connaît la raison. D'après la théorie standard de la supraconductivité, la théorie BCS, l'apparition de l'état supraconducteur provient de l'interaction entre les électrons libres présents dans un supraconducteur conventionnel et les modes de vibration quantifiés du réseau cristallin de ce supraconducteur. Les quanta d'énergie sonore de ces modes, les phonons, provoquent la formation de paires de Cooper, ce qui permet à l'électricité de s'écouler sans résistance comme un superfluide dans le réseau cristallin. On peut montrer que la formation de ces paires de Cooper est très défavorisée dans l'or, le cuivre et l'argent. Ce qui n'empêche pas le cuivre d'être présent dans des supraconducteurs à haute température critique célèbres, les cuprates.

Des supraconducteurs capables de supporter des champs magnétiques intenses sont activement recherchés. On voit ici un élément du LHC en cours de modification. C'est l'un de ses aimants supraconducteurs à base de niobium-titane, un supraconducteur de type II. © Anna Pantelia, Cern

Supraconductivité et symétrie cristalline

Une équipe de physiciens japonais vient d'annoncer dans une publication de Chemistry of Materials qu'ils avaient réussi à synthétiser un nouvel exemple d'un des rares cas connus de composés supraconducteurs contenant de l'or. Sa formule chimique est SrAuSi3, et il n'exhibe une phase supraconductrice qu'en dessous de 1,6 K (-271,55 °C), ce qui n'est en rien remarquable. L'intérêt de cette découverte est qu'elle permet d'explorer la physique des supraconducteurs dont les réseaux cristallins ne sont pas invariants sous l'action d'un groupe de symétrie spatiale, celui des inversions. En gros, l'image dans un miroir placé en un point de ce réseau ne concorde pas avec ce réseau lui-même.

On a réalisé ces derniers temps que les supraconducteurs ne possédant pas cette symétrie peuvent supporter des champs magnétiques particulièrement élevés. Ce type de supraconducteurs est donc un laboratoire de plus pour comprendre plus en détail le phénomène. Le but étant évidemment de développer d'autres composés supraconducteurs supportant de forts champs magnétiques, et donc des courants intenses, susceptibles d'avoir des applications technologiques.

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