Rien ne dit mieux que « les années 90 sont de retour » qu'un défi pour un record de supraconducteur à haute température établi en 1993.
En pressant un matériau à haute pression puis en le relâchant rapidement, les scientifiques ont réduit la quantité de refroidissement dont il a besoin pour devenir un supraconducteur. Le composé à base de mercure et de cuivre est resté supraconducteur jusqu'à des températures allant jusqu'à 151 kelvins (–122,15° Celsius) sous pression atmosphérique, rapportent des chercheurs le 9 mars. Actes de l'Académie nationale des sciences. Si le résultat se confirme, il s’agirait du supraconducteur à la température la plus élevée connue à la pression atmosphérique, d’environ 18 degrés.
L'électricité circule à travers des supraconducteurs sans résistance, une propriété qui pourrait se prêter à diverses applications techniques, depuis les électroaimants puissants jusqu'à la transmission de puissance. Mais tous les supraconducteurs connus doivent être refroidis bien en dessous de la température ambiante pour fonctionner, ce qui limite leur applicabilité. (Les affirmations antérieures sur la supraconductivité à température ambiante n'ont pas tenu le coup.)
Des températures plus élevées sont possibles lorsque les matériaux sont comprimés à des pressions extrêmes, mais cela rend les matériaux difficiles à étudier et à utiliser. Par exemple, un composé de lanthane et d'hydrogène est supraconducteur jusqu'à 260 kelvins (–13,15°C), à une pression près de 2 millions de fois celle de l'atmosphère terrestre. Il s'agit de la température supraconductrice la plus élevée jamais confirmée.
Ce nouveau résultat pourrait permettre de rendre plus facilement accessibles des phénomènes auparavant difficiles d'accès, explique le physicien James Hamlin de l'Université de Floride à Gainesville, qui n'a pas participé aux travaux. « Il se passe tellement de choses intéressantes à haute pression, et l'idée que nous pourrions en ramener une partie à la pression ambiante est vraiment excitante. »
Le nouveau supraconducteur fait partie d’une classe de composés d’oxyde de cuivre appelés cuprates. Dans les années 1980 et 1990, les cuprates ont battu à plusieurs reprises des records de température supraconducteurs. Mais finalement, les progrès se sont arrêtés. En 1993, un cuprate à base de mercure appelé Hg-1223 a atteint 133 kelvins à pression atmosphérique. Ce record est resté depuis lors. Aujourd'hui, comme les Trapper Keepers, les jeans délavés à l'acide et les chouchous, les cuprates sont de retour.
Les chercheurs ont augmenté la pression sur les échantillons de Hg-1223 entre 10 et 30 gigapascals (environ 100 000 à 300 000 fois la pression atmosphérique) en pressant le matériau entre deux diamants, dans un dispositif appelé cellule à enclume en diamant. Cette pression a augmenté la température à laquelle la résistance du matériau a commencé à chuter.
Ensuite, les scientifiques ont réglé la température très basse, autour de 4 kelvins, et ont soudainement relâché la pression. Cela a peut-être contribué à empêcher le matériau de revenir à son état d’origine : une fois réchauffé, le matériau a conservé des signes de supraconductivité à plus haute température, mais à pression atmosphérique.
La technique n'est pas une mince affaire, explique le physicien Paul Chu de l'Université de Houston, ce qui explique pourquoi le précédent record date des années 90. « Lorsque vous retirez la pression à une vitesse aussi élevée, tout s'effondre », explique Chu. Les diamants peuvent se briser ou les contacts électriques peuvent être coupés, détruisant ainsi la mesure. Mais lorsque les expériences de Chu et de ses collègues ont fonctionné, le matériau est devenu supraconducteur à des températures proches de 150 kelvins.
La manipulation d'un matériau en modifiant rapidement les conditions est connue sous le nom de trempe. Il peut verrouiller les propriétés souhaitables d’un matériau avant qu’elles n’aient le temps de changer. La trempe thermique, par exemple, est utilisée dans la fabrication de l’acier – pensez aux forgerons qui mettent du métal chaud dans un bain d’eau pour le refroidir rapidement.
«C'est une méthode passionnante», déclare la chimiste théoricienne Eva Zurek de l'Université de Buffalo à New York. Et cela pourrait être appliqué à d’autres matériaux supraconducteurs. « Mais cela ne fonctionnera pas dans tous les cas. » Les matériaux supraconducteurs doivent être métastables, c’est-à-dire qu’ils peuvent conserver leurs propriétés, au moins temporairement, lorsque la pression est supprimée.
Chu et ses collègues ont rapporté que le matériau conservait sa supraconductivité à haute température pendant au moins trois jours lorsqu'il était stocké dans de l'azote liquide (une température de 77 kelvins), mais que son maintien dans des conditions plus chaudes (environ 200 kelvins) provoquait une détérioration des propriétés du matériau.
Dans les expériences, la preuve de la supraconductivité était que la résistance diminuait considérablement lorsque le matériau était refroidi en dessous d'une certaine température. Mais les chercheurs n’ont pas explicitement montré que la résistance était passée à zéro – un test plus strict pour savoir si un matériau est supraconducteur. De telles mesures peuvent être difficiles dans les expériences sur cellules à enclume de diamant.
Cependant, ce matériau est déjà connu pour être supraconducteur. Comparée aux recherches controversées et discréditées qui ont tourmenté le domaine de la supraconductivité ces dernières années, « c'est une affirmation beaucoup plus simple », dit Hamlin. « Cela ne sort en aucun cas du champ gauche. »
