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Le supraconducteur métallique le plus fin au monde

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La supraconductivité et la nanotechnologie sont riches en applications potentielles. Leur mariage ne peut que l'être encore plus. C'est cette voie qu'explore une équipe de chercheurs américains, qui vient de réaliser un film supraconducteur épais de deux atomes seulement..

Cette image prise à l'aide d'un microscope à effet tunnel montre le film en plomb épais de deux couches d'atomes seulement. Chaque cercle jaune dans le coin en haut à droite représente un atome. Il s'agit d'un zoom sur l'image. Crédit : Dr. Ken Shih, The University of Texas, Austin

La découverte de la supraconductivité remonte au premier quart du siècle dernier. D'abord une curiosité de laboratoire, elle a fini par trouver des applications technologiques, principalement la réalisation de puissants aimants comme ceux du LHC. On lui doit également des magnétomètres ultrasensibles comme les Squid (Superconducting Quantum Interference Devices) que l'on utilise pour la prospection géophysique ou la recherche de vestiges archéologiques.

L'application la plus commune de la supraconductivité est probablement celle des aimants utilisés en imagerie médicale dans la technique dite IRM (imagerie par résonance magnétique nucléaire). Toujours en médecine, les Squid sont aussi utilisés pour étudier les systèmes biologiques, notamment le cerveau ou le cœur. L'inconvénient principal de la supraconductivité est qu'elle nécessite des températures très basses.

Le fait que les matériaux supraconducteurs laissent passer le courant sans résistance en fait de bons candidats pour la réalisation d'ordinateurs capables de travailler à très grande vitesse et de traiter un grand volume d'informations. Si l'on pouvait trouver des supraconducteurs comme ceux dits à haute température critique, capables de fonctionner à température ambiante, de tels composants électroniques augmenteraient singulièrement les capacités des ordinateurs.

Un supraconducteur à géométrie variable

De nos jours, des superordinateurs comme les Cray exigent d'être refroidis à l'azote liquide, voire à l'hélium liquide, pour fonctionner correctement et dissiper la chaleur qu'ils produisent, ce qui n'est guère commode.

Dans un article récent de Science, Ken Shih et ses collègues du Nano Electronic Material Research Group à l'université d'Austin au Texas annoncent avoir réalisé le supraconducteur métallique le plus fin au monde. Il s'agit d'une feuille de plomb de seulement deux atomes d'épaisseur, déposée sur une surface en silicium.

Selon les chercheurs, la réalisation d'un tel film devrait permettre, notamment en faisant varier la géométrie du matériau, de mieux comprendre le mécanisme de la supraconductivité dans des situations inhabituelles. Pour les électrons et surtout les paires de Cooper formées par l'association de deux électrons, tout se passe presque comme s'ils étaient contraints de se déplacer dans un monde à deux dimensions.

Ken Shih espère que de nouveaux dispositifs supraconducteurs émergeront des études réalisées avec ces feuilles de plomb supraconductrices nanométriques.

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