"Nous pensons que c'est maintenant une nouvelle ère de supraconductivité", a déclaré Russell Hemley, un scientifique des matériaux à l'Université George Washington à Washington, D.C., à une foule de chercheurs le 4 mars lors de la réunion de mars de l'American Physical Society.
Des images ont éclairé l'écran derrière lui: un schéma d'un dispositif pour écraser de minuscules choses entre les points super durs de diamants opposés, des graphiques de température et de résistance électrique, une boule brillante avec un "X" noir rugueux tranché en son centre.
Cette dernière image était l'incarnation de la nouvelle ère elle-même: un petit échantillon de superhydrure de lanthane (ou LaH10) pressé à des pressions similaires à celles trouvées à mi-chemin à travers le cœur de la Terre et chauffé avec un laser à des températures approchant une vive journée de fin d'hiver en Nouvelle-Angleterre . (Cela brûle la chaleur selon les normes de la recherche sur la supraconductivité, généralement menées dans un froid de laboratoire extrême.) Dans ces conditions, Hemley et son équipe avaient découvert que LaH10 semble cesser de résister au mouvement des électrons entre ses atomes. Il devient apparemment, comme Hemley l'a appelé dans son discours sur l'APS et dans un article publié le 14 janvier dans la revue Physical Review Letters, un "supraconducteur à température ambiante".
Science gelée
En 1911, le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes a découvert qu'à des températures extrêmement basses, certaines substances présentent des propriétés électriques inhabituelles.
Dans des circonstances normales, un courant électrique traversant un matériau conducteur (comme un fil de cuivre) perdra une certaine intensité en cours de route. Même les très bons conducteurs que nous utilisons dans nos réseaux électriques sont imparfaits et ne parviennent pas à transporter toute l'énergie d'une centrale électrique à votre prise murale. Certains électrons se perdent en cours de route.
Mais les supraconducteurs sont différents. Un courant électrique introduit dans une boucle de fil supraconducteur continuera de tourner pour toujours, sans aucune perte. Les supraconducteurs expulsent les champs magnétiques et repoussent donc puissamment les aimants. Ils ont des applications dans l'informatique à haute vitesse et d'autres technologies. Le problème est que les types de températures extrêmement basses auxquelles les supraconducteurs fonctionnent habituellement les rendent peu pratiques pour une utilisation courante.
Chasse sans carte
Depuis plus d'un siècle, les physiciens recherchent la supraconductivité dans les matériaux plus chauds. Mais trouver la supraconductivité, c'est un peu comme frapper l'or: l'expérience et les théories passées peuvent vous dire en gros où la chercher, mais vous ne saurez pas où elle se trouve avant d'avoir effectué le travail coûteux et long de vérification.
"Vous avez tellement de matériaux. Vous avez un immense espace à explorer", a déclaré Lilia Boeri, physicienne à l'Université Sapienza de Rome, qui a présenté des travaux après Hemley explorant la possibilité de supraconducteurs encore plus chauds que LaH10, et expliquant pourquoi des matériaux comme celui-ci sont supraconductrice à des pressions extrêmes.
En 1986, les chercheurs ont découvert des céramiques supraconductrices à des températures pouvant atteindre 30 degrés au-dessus du zéro absolu, ou moins 406 degrés Fahrenheit (moins 243 degrés Celsius). Plus tard, dans les années 1990, les chercheurs ont d'abord examiné sérieusement les pressions très élevées, pour voir s'ils pouvaient révéler de nouveaux types de supraconducteurs.
Mais à ce stade, Boeri a déclaré à Live Science, il n'y avait toujours pas de bon moyen de déterminer si un matériau se révélerait supraconducteur, ou à quelle température il le ferait, jusqu'à ce qu'il soit testé. En conséquence, les enregistrements de températures critiques - les températures auxquelles la supraconductivité apparaît - sont restés très bas.
"Le cadre théorique était là, mais ils n'avaient pas la capacité de l'utiliser", a déclaré Boeri.
La prochaine grande percée a eu lieu en 2001, lorsque les chercheurs ont montré que le diborure de magnésium (MgB2) était supraconducteur à 39 degrés au-dessus du zéro absolu, ou moins 389 F (moins 234 C).
"était assez faible", a-t-elle dit, "mais à cette époque, c'était une percée majeure, car cela montrait que l'on pouvait avoir une supraconductivité avec une température critique deux fois plus élevée que ce que l'on pensait auparavant possible."
Hydrogène broyé
Depuis lors, la chasse aux supraconducteurs chauds s'est déplacée de deux manières clés: Les scientifiques des matériaux ont réalisé que les éléments plus légers offraient des possibilités alléchantes de supraconduction. Pendant ce temps, les modèles informatiques ont avancé au point où les théoriciens pouvaient prédire à l'avance précisément comment les matériaux pourraient se comporter dans des circonstances extrêmes.
Les physiciens ont commencé à l'endroit évident.
"Donc, vous voulez utiliser des éléments légers, et l'élément le plus léger est l'hydrogène", a déclaré Boeri. "Mais le problème est l'hydrogène lui-même - cela ne peut pas être rendu supraconducteur, car c'est un isolant. Donc, pour avoir un supraconducteur, vous devez d'abord en faire un métal. Vous devez lui faire quelque chose, et la meilleure chose que vous puissiez faire est de le presser. "
En chimie, un métal est à peu près n'importe quelle collection d'atomes liés ensemble parce qu'ils sont assis dans une soupe d'électrons qui coule librement. La plupart des matériaux que nous appelons métaux, comme le cuivre ou le fer, sont métalliques à température ambiante et à des pressions atmosphériques confortables. Mais d'autres matériaux peuvent devenir des métaux dans des environnements plus extrêmes.
En théorie, l'hydrogène en fait partie. Mais il y a un problème.
"Cela nécessite une pression beaucoup plus élevée que ce qui peut être fait en utilisant la technologie existante", a déclaré Hemley dans son discours.
Cela laisse les chercheurs à la recherche de matériaux contenant beaucoup d'hydrogène qui formeront des métaux - et, espérons-le, deviendront supraconducteurs, à des pressions réalisables.
À l'heure actuelle, a déclaré Boeri, les théoriciens travaillant sur des modèles informatiques offrent aux expérimentateurs des matériaux qui peuvent être des supraconducteurs. Et les expérimentateurs choisissent les meilleures options pour tester.
Il y a cependant des limites à la valeur de ces modèles, a déclaré Hemley. Toutes les prédictions ne se déroulent pas dans le laboratoire.
"On peut utiliser les calculs très efficacement dans ce travail, mais il faut le faire de manière critique et fournir des tests finalement expérimentaux", a-t-il déclaré à la foule assemblée.
Hemley et le «supraconducteur à température ambiante» de son équipe, LaH10, semblent être le résultat le plus excitant de cette nouvelle ère de recherche. Écrasé à environ 1 million de fois la pression de l'atmosphère terrestre (200 gigapascals) entre les points de deux diamants opposés, un échantillon de LaH10 semble devenir supraconducteur à 260 degrés au-dessus du zéro absolu, ou 8 F (moins 13 C).
Une autre série de l'expérience décrite dans le même article semble montrer une supraconductivité à 280 degrés au-dessus du zéro absolu, ou 44 F (7 C). C'est une température ambiante froide, mais pas trop difficile à atteindre.
Hemley a terminé son discours en suggérant que, sur la route, ce travail à haute pression pourrait conduire à des matériaux supraconducteurs à des températures chaudes et à des pressions normales. Peut-être qu'un matériau, une fois sous pression, pourrait rester un supraconducteur après la libération de la pression, a-t-il dit. Ou peut-être que les leçons sur la structure chimique apprises à des températures élevées pourraient ouvrir la voie à des structures supraconductrices à basse pression.
Ce serait un changement de jeu, a déclaré Boeri.
"Cette chose est fondamentalement de la recherche fondamentale. Elle n'a aucune application", a-t-elle déclaré. "Mais disons que vous venez avec quelque chose qui fonctionne sous pression, disons, 10 fois plus bas que maintenant. Cela ouvre la porte aux fils supraconducteurs, d'autres choses."
Lorsqu'on lui a demandé si elle s'attend à voir un supraconducteur à température ambiante et à pression ambiante au cours de sa vie, elle a hoché la tête avec enthousiasme.
"Bien sûr," dit-elle.
