À la recherche de supraconducteurs à température ambiante

Imaginez un monde dans lequel trains à lévitation magnétique (maglev) sont monnaie courante, les ordinateurs sont ultra-rapides, les câbles d'alimentation ont peu de pertes et de nouveaux détecteurs de particules existent. C'est le monde dans lequel les supraconducteurs à température ambiante sont une réalité. Jusqu'à présent, c'est un rêve d'avenir, mais les scientifiques sont plus près que jamais d'atteindre la supraconductivité à température ambiante.

Un supraconducteur à température ambiante (RTS) est un type de supraconducteur à haute température (high-T_c ou HTS) qui opère plus près de température ambiante que de zéro absolu. Cependant, la température de fonctionnement supérieure à 0 ° C (273,15 K) est encore bien inférieure à ce que la plupart d'entre nous considèrent comme la température ambiante "normale" (20 à 25 ° C). En dessous de la température critique, le supraconducteur a zéro résistance électrique et l'expulsion des champs de flux magnétique. Bien que ce soit une simplification excessive, la supraconductivité peut être considérée comme un état de perfection

Les supraconducteurs à haute température présentent une supraconductivité supérieure à 30 K (-243,2 ° C). Alors qu'un supraconducteur traditionnel doit être refroidi à l'hélium liquide pour devenir supraconducteur, un supraconducteur à haute température peut être refroidi à l'azote liquide. Un supraconducteur à température ambiante, en revanche, pourrait être refroidi avec de la glace d'eau ordinaire.

Élever la température critique de la supraconductivité à une température pratique est un Saint Graal pour les physiciens et les ingénieurs électriciens. Certains chercheurs pensent que la supraconductivité à température ambiante est impossible, tandis que d'autres soulignent des avancées qui ont déjà dépassé les croyances antérieures.

La supraconductivité a été découverte en 1911 par Heike Kamerlingh Onnes dans du mercure solide refroidi à l'hélium liquide (prix Nobel de physique 1913). Ce n'est que dans les années 1930 que les scientifiques ont proposé une explication du fonctionnement de la supraconductivité. En 1933, Fritz et Heinz London ont expliqué la Effet Meissner, dans lequel un supraconducteur expulse les champs magnétiques internes. À partir de la théorie de Londres, les explications ont grandi pour inclure la théorie de Ginzburg-Landau (1950) et la théorie microscopique BCS (1957, du nom de Bardeen, Cooper et Schrieffer). Selon la théorie BCS, il semblait que la supraconductivité était interdite à des températures supérieures à 30 K. Pourtant, en 1986, Bednorz et Müller ont découvert le premier supraconducteur à haute température, un matériau de pérovskite cuprate à base de lanthane avec une température de transition de 35 K. Cette découverte leur a valu le prix Nobel de physique 1987 et a ouvert la porte à de nouvelles découvertes.

Le supraconducteur à la température la plus élevée à ce jour, découvert en 2015 par Mikhail Eremets et son équipe, est l'hydrure de soufre (H₃S). L'hydrure de soufre a une température de transition d'environ 203 K (-70 ° C), mais uniquement sous une pression extrêmement élevée (environ 150 gigapascals). Des chercheurs prédire que la température critique pourrait être augmentée au-dessus de 0 ° C si les atomes de soufre sont remplacés par du phosphore, du platine, du sélénium, du potassium ou du tellure et une pression encore plus élevée est appliquée. Cependant, alors que les scientifiques ont proposé des explications sur le comportement du système d'hydrure de soufre, ils n'ont pas pu reproduire le comportement électrique ou magnétique.

Un comportement supraconducteur à température ambiante a été revendiqué pour d'autres matériaux que l'hydrure de soufre. L'oxyde de cuivre de baryum d'yttrium supraconducteur à haute température (YBCO) pourrait devenir supraconducteur à 300 K à l'aide d'impulsions laser infrarouges. Le physicien de l'état solide, Neil Ashcroft, prédit que l'hydrogène métallique solide devrait être supraconducteur près de la température ambiante. L'équipe de Harvard qui prétendait fabriquer de l'hydrogène métallique a rapporté que l'effet Meissner peut avoir été observé à 250 K. Basé sur l'appariement d'électrons à médiation exciton (pas d'appariement à médiation phonon de la théorie BCS), c'est une supraconductivité à haute température pourrait être observée dans les polymères organiques sous la droite conditions.

De nombreux rapports de supraconductivité à température ambiante apparaissent dans la littérature scientifique, de sorte qu'en 2018, la réalisation semble possible. Cependant, l'effet dure rarement longtemps et est diaboliquement difficile à reproduire. Un autre problème est que des pressions extrêmes peuvent être nécessaires pour obtenir l'effet Meissner. Une fois qu'un matériau stable est produit, les applications les plus évidentes incluent le développement d'un câblage électrique efficace et de puissants électroaimants. De là, le ciel est la limite en ce qui concerne l'électronique. Un supraconducteur à température ambiante offre la possibilité d'aucune perte d'énergie à une température pratique. La plupart des applications de RTS restent à imaginer.

• Un supraconducteur à température ambiante (RTS) est un matériau capable de supraconductivité au-dessus d'une température de 0 ° C. Ce n'est pas nécessairement supraconducteur à température ambiante normale.
• Bien que de nombreux chercheurs affirment avoir observé la supraconductivité à température ambiante, les scientifiques n'ont pas été en mesure de reproduire de manière fiable les résultats. Il existe cependant des supraconducteurs à haute température, avec des températures de transition comprises entre -243,2 ° C et -135 ° C.
• Les applications potentielles des supraconducteurs à température ambiante comprennent des ordinateurs plus rapides, de nouvelles méthodes de stockage des données et un transfert d'énergie amélioré.

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