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Le premier supraconducteur à température ambiante pourrait déclencher une révolution énergétique

Par Leah Crane

Enclume de diamant

La compression d'éléments entre deux diamants produit les pressions extraordinaires nécessaires à la supraconductivité

Adam Fenster

La supraconductivité à température ambiante est un mot à la mode dans la science des matériaux depuis des décennies, mais elle pourrait enfin devenir une réalité, avec le potentiel de révolutionner la façon dont nous utilisons l'électricité.

Une énorme quantité d'énergie que nous produisons est gaspillée à cause de la résistance électrique, qui génère de la chaleur. Mais dans un matériau supraconducteur, le courant électrique peut circuler avec une résistance nulle, ce qui signifie que ces pertes ne se produisent pas.

Cette propriété a rendu ces matériaux extrêmement recherchés, mais jusqu'à présent, leur mise en œuvre a nécessité des températures très basses et des pressions extrêmement élevées.

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«Si vous aviez un supraconducteur à température ambiante que vous pourriez déployer à la pression atmosphérique, vous pourriez imaginer une multitude d'applications à grande échelle», déclare M. Brian Maple de l'Université de Californie à San Diego. «J'ai juste peur que la science des matériaux puisse être si difficile que vous ne puissiez pas obtenir un supraconducteur qui pourrait fonctionner suffisamment bien pour ces applications.»

Maintenant, Ranga Dias de l'Université de Rochester, New York, et ses collègues ont résolu la moitié de ce problème. L'équipe a fabriqué un supraconducteur en écrasant du carbone, du soufre et de l'hydrogène entre deux diamants à une pression d'environ 70% de celle trouvée au centre de la Terre. et à une température d'environ 15 ° C. C'est la température la plus élevée à laquelle la supraconductivité ait jamais été mesurée, et la première que l'on puisse raisonnablement appeler la température ambiante.

On s'attend à ce que l'hydrogène métallique solide en soi soit supraconducteur, mais il est incroyablement difficile à fabriquer car il nécessite une pression extraordinaire. Les chercheurs ont découvert que l'ajout de carbone et de soufre à l'hydrogène le faisait se comporter comme s'il était à une pression plus élevée qu'elle ne l'est réellement.

«Disons que vous êtes dans une pièce et que vous avez quatre murs, une façon de vous compresser est de rapprocher les murs de plus en plus, mais vous pouvez également garder la même taille de pièce et ajouter 10 personnes dans la pièce. se sentir pressé », dit Dias. Dans cette expérience, ajouter du carbone et du soufre à l'hydrogène revient à ajouter plus de personnes dans la pièce: cela agit pour pré-comprimer chimiquement l'hydrogène.

Une fois que Dias et son équipe ont constaté que la résistance électrique de leur matériau était à zéro à 15 ° C, ils ont effectué plusieurs autres tests pour confirmer qu'il était vraiment supraconducteur, comme s'assurer qu'il bloquait les champs magnétiques. «Ce sont des expériences très approfondies, elles ont fondamentalement cloué les choses – quand vous regardez les données, c'est stupéfiant à voir», déclare Shanti Deemyad de l'Université de l'Utah. «Cela va secouer le terrain.»

Des questions subsistent cependant. Par exemple, même si nous savons que le matériau supraconducteur est composé de carbone, de soufre et d'hydrogène, nous ne savons pas comment ces éléments sont liés entre eux. «Il n’est pas rare dans ce type de recherche d’avoir une expérience sans connaître la structure», déclare Eva Zurek de l’Université d’État de New York à Buffalo. Des travaux plus théoriques seront nécessaires pour faire correspondre le comportement du matériau avec des modèles de divers composés et déterminer de quoi il s'agit exactement, dit-elle.

Dias et ses collègues travaillent maintenant à produire leur matériel à des pressions plus faibles. «Prenez le diamant: c'est une forme de carbone à haute pression, mais de nos jours, vous pouvez le cultiver dans un laboratoire avec des techniques de dépôt chimique», explique Dias. «Auparavant, il exigeait une pression élevée, mais maintenant nous pouvons le faire croître – nous pouvons peut-être faire quelque chose de similaire avec les supraconducteurs.»

Le fait que ce composé comporte trois éléments différents, alors que d'autres supraconducteurs ont eu tendance à n'en contenir qu'un ou deux, le rend plus réglable, ce qui, selon Dias, aidera à l'effort pour le faire fonctionner à des pressions plus basses.

Si cela est possible, ce matériau pourrait être utilisé dans des applications allant de l'informatique quantique à la construction de meilleures machines IRM en passant par la réduction drastique du gaspillage d'énergie provenant de la transmission d'électricité. «Si nous pouvions fabriquer des fils supraconducteurs que nous n’avions pas à refroidir, nous pourrions en principe remplacer l’ensemble du réseau électrique», déclare Zurek. «Ce serait une véritable révolution.»

Référence du journal: La nature, DOI: 10.1038 / s41586-020-2801-z

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