Des recherches révolutionnaires sur la supraconductivité révèlent de nouvelles connaissances sur les supraconducteurs à base de cuivre à haute température critique. Des efforts de collaboration ont révélé le comportement étrange des métaux de ces supraconducteurs et identifié un point critique quantique. Des expériences approfondies aux rayons X ont conduit à cette découverte, prometteuse pour les technologies futures et les solutions durables. Crédit : Issues.fr.com
Des recherches récentes ont révélé des aspects clés des supraconducteurs à haute température critique, identifiant leur état unique de « métal étrange » et un point critique quantique crucial. Cette découverte, fruit d’efforts collaboratifs et d’expériences approfondies, ouvre la voie à des technologies supraconductrices avancées.
Faisant un pas en avant significatif dans la recherche sur la supraconductivité, cette découverte pourrait ouvrir la voie à des technologies durables et contribuer à un avenir plus respectueux de l’environnement.
L’étude qui vient d’être publiée dans Communications naturelles par des chercheurs du Politecnico di Milano, Université de technologie Chalmers à Göteborg, et l’Université Sapienza de Rome met en lumière l’un des nombreux mystères des supraconducteurs à base de cuivre à haute température critique : même à des températures supérieures à la température critique, ils sont spéciaux et se comportent comme des métaux « étranges ». Cela signifie que leur résistance électrique change avec la température différemment de celle des métaux normaux.
La recherche fait allusion à l’existence d’un point critique quantique lié à la phase appelée « métal étrange ».
Diagramme de phase des cuprates. Crédit : Politecnico di Milano
Comportement étrange des métaux et point critique quantique
« Un point critique quantique identifie des conditions spécifiques dans lesquelles un matériau subit un changement soudain de ses propriétés dû uniquement aux effets quantiques. Tout comme la glace fond et devient liquide à zéro degré Celsius en raison des effets microscopiques de la température, les cuprates se transforment en un métal « étrange » en raison des fluctuations de charge quantique », a commenté Riccardo Arpaia, chercheur au Département de microtechnologie et de nanosciences de Chalmers et auteur principal de l’étude.
Les recherches s’appuient sur des expériences de diffusion des rayons X menées au synchrotron européen ESRF et au synchrotron britannique DLS. Ils révèlent l’existence de fluctuations de densité de charge affectant la résistance électrique des cuprates de manière à les rendre « étranges ». La mesure systématique de la variation de l’énergie de ces fluctuations a permis d’identifier la valeur de la densité de porteurs de charge pour laquelle cette énergie est minimale : le point critique quantique.
L’instrument ERIXS du Synchrotron Européen ESRF de Grenoble. Crédit : Politecnico di Milano
Impact et orientations futures
« C’est le résultat de plus de cinq années de travail. Nous avons utilisé une technique, appelée RIXS, largement développée par nos soins au Politecnico di Milano. Grâce à de nombreuses campagnes de mesures et à de nouvelles méthodes d’analyse des données, nous avons pu prouver l’existence du point critique quantique. Une meilleure compréhension des cuprates guidera la conception de matériaux encore meilleurs, avec des températures critiques plus élevées, et donc plus faciles à exploiter dans les technologies de demain », ajoute Giacomo Ghiringhelli, professeur au département de physique du Politecnico di Milano et coordinateur de la recherche.
Sergio Caprara, avec ses collègues du Département de physique de l’Université Sapienza de Rome, a proposé la théorie qui attribue aux fluctuations de charge un rôle clé dans les cuprates. Il a déclaré : « Cette découverte représente une avancée importante dans la compréhension non seulement des propriétés anormales de l’état métallique des cuprates, mais aussi des mécanismes encore obscurs qui sous-tendent la supraconductivité à haute température. »
