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Supraconduction en vue pour les nanotechnologies

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Deux chimistes du California Institute of Technology (CalTech) viennent de réussir pour la première fois à réaliser des nanofils supraconducteurs à haute température critique. Cette percée pourrait permettre aux nanotechnologies de bénéficier des avantages des matériaux supraconducteurs.

Un réseau de nanofils en YBCO de 20 nanomètres de diamètre. Crédit : James Heath

La supraconductivité a déjà une longue histoire derrière elle et bien des physiciens de très grand talent s'y sont intéressés, comme Lev Landau et Pierre-Gilles de Gennes. Ce n'est pas seulement parce qu'elle constitue un phénomène remarquable et proprement quantique. En effet, la possibilité de transporter du courant électrique sans perte révolutionnerait notre technologie si l'on pouvait provoquer le phénomène à température ambiante.

Au tout début de leur découverte, les matériaux supraconducteurs connus n'exhibaient cette annihilation de la résistivité qu'à des température inférieures à 10 K environ. Mais en 1985, une classe particulière de matériaux fut découverte, qui devenaient supraconducteurs à 35 K. Peu de temps après on dépassait la température de liquéfaction de l'azote (77 K) avec des cuprates de formule YBa2Cu3O7.

Baptisés YBCO, ces supraconducteurs à haute température critique ont tout de suite fait l'objet de recherches intenses avec l'espoir de comprendre l'origine du mécanisme responsable d'un tel saut dans la température critique de transition de phase. L'espoir était, et est toujours, d'en tirer la clé pour produire de nouveaux matériaux qui eux seraient supraconducteurs à la température ambiante.

Nanofils sans résistance

Les nanotechnologies vont de plus en plus se banaliser et les avantages tirés des matériaux supraconducteurs dans des nanocircuits et des nanomoteurs, équipant par exemple des nanorobots, sont évidents. Mais là encore, il faudrait au moins que ces dispositifs puissent fonctionner à des températures faciles à obtenir en laboratoire, au moins celle de l'azote liquide. C'est pourquoi plusieurs laboratoires se sont lancés dans la réalisation de nanofils en matériaux supraconducteurs.

James Heath et Ke Xu sont parvenus à le faire comme ils l'expliquent dans un article de Nano Letters. Cela n'avait rien d'évident car il faut conserver la structure des YBCO à l'échelle nanométrique. De plus, on sait qu'à cette échelle des comportements nouveaux peuvent apparaitre.

Des  réseaux pouvant compter jusqu'à 400 nanofils de YBCO, d'une longueur pouvant atteindre les 200 micromètres, ont ainsi été réalisés avec différents diamètres. Il se trouve que la température de manifestation d'un effet supraconducteur à haute température critique n'est pas complètement définie. La transition n'est pas abrupte et elle se produit sur un intervalle de température qui dépend du diamètre des nanofils.

Si dans tous les cas il suffit de les plonger dans l'azote liquide pour que la transition s'effectue, la largeur de l'intervalle de température est de 20 K pour des nanofils de 10 nanomètres de diamètre et de 10 K pour ceux de 15 nanomètres. Avec ce genre de dispositifs, on devrait déjà pouvoir réaliser des magnétomètres à Squid (Superconducting Quantum Interference Device) capables de mesurer des champs magnétiques extrêmement faibles, comme peut-être ceux du cerveau.

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