Sciences

Supraconduction à haute température : le magnétisme jouerait un rôle

ActualitéClassé sous :physique , supraconducteur , cuprate

Selon des expériences réalisées sur des supraconducteurs à hautes températures critiques à l'aide de faisceaux de neutrons, il y aurait un lien entre leur propriété magnétique et l'état supraconducteur. Une piste de plus pour espérer disposer un jour de supraconducteurs à hautes températures critiques.

Un aimant flotte au-dessus d'un cuprate en phase supraconductrice baignant dans de l'azote liquide. Crédit : Wikimedia Commons / Mai-Linh Doan

Dans le film Avatar de James Cameron, les montagnes Hallelujah flottent dans l'air parce qu'elles sont riches en unobtainium. Cet élément est présenté comme un minéral miracle ayant exactement les bonnes propriétés pour se comporter comme un supraconducteur à température ambiante. Les montagnes riches en ce matériau peuvent donc flotter dans le champ magnétique de la planète.

Si l'on disposait d'un tel matériau, on pourrait transporter de l'électricité sans pertes et générer de puissants champs magnétiques avec peu de courant électrique et sans faire fondre les bobines génératrices. Les aimants du LHC peuvent atteindre les performances exigées sans fondre et consommer massivement de l'électricité justement parce qu'ils sont faits en matériaux supraconducteurs... mais il faut les refroidir presque à 2 kelvins, soit deux petits degrés au-dessus du zéro absolu. Avec des supraconducteurs à température ambiante, on pourrait peut-être aussi réaliser des moteurs à ions capables de propulser des vaisseaux interstellaires à des fractions non négligeables de la vitesse de la lumière ou mesurer de façon très fine l'activité cérébrale par la technique de la MEG.

Tout cela n'est pour le moment que de la science-fiction et le restera peut-être à tout jamais. Toujours est-il que la découverte de cuprates, des supraconducteurs à hautes températures critiques, vers le milieu des années 1980, a donné de l'espoir à beaucoup. Basés sur des terres rares et du cuivre, ces matériaux deviennent supraconducteurs à quelques dizaines de kelvins seulement.

La piste magnétique semble bonne

Malheureusement, on ne comprend toujours pas très bien ce qui s'y passe, même si la théorie progresse lentement au cours des années et que l'on pense même que la théorie des cordes pourrait nous aider à y voir plus clair. Récemment, la découverte de nouveaux supraconducteurs à hautes températures critiques, mais basés sur du fer, a chauffé à nouveau les esprits des physiciens de la matière condensée.

L'une des pistes pour comprendre la supraconductivité à haute température critique fait intervenir des forces d'origine magnétique liées aux spins des électrons. Ce serait ces forces qui interviendraient dans la formation de paires de Cooper alors que dans les supraconducteurs classiques, ce sont les phonons du réseau cristallin du solide qui expliquent la formation de ces paires.

Si cette hypothèse est exacte, il y aurait la possibilité d'observer des ondes de spins dans ces matériaux avec des caractéristiques bien particulières. Les ondes de spin sont des excitations qui se propagent dans un milieu magnétique en changeant l'orientation du spin de certaines particules comme les électrons.

Un bon moyen d'étudier ces caractéristiques est d'envoyer des faisceaux de neutrons. Ces derniers sont neutres, possèdent un spin et sont donc des sondes idéales pour comprendre ce que font les charges douées de spin dans un matériau magnétique ou, ici, supraconducteur.

Un groupe de chercheurs a donc réalisé des expériences de diffusions de neutrons avec les nouveaux supraconducteurs basés sur du fer découverts en 2008. Les composés contenant du fer, du tellure et du sélénium possèdent effectivement des caractéristiques d'excitations de spins qui font penser à celles déjà observées dans les cuprates et qui sont favorables à la théorie faisant intervenir des effets magnétiques pour l'apparition des paires de Cooper. Les détails de cette découverte faite au Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory sont publiés dans Nature Physics.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités chaque jour.

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !

Cela vous intéressera aussi