Des scientifiques chinois ont rapporté une avancée majeure dans les supraconducteurs à haute température à base de nickel, offrant de nouvelles perspectives sur l’un des problèmes les plus difficiles de la physique de la matière condensée, selon une étude publiée mercredi dans Nature.
La recherche, dirigée par l’équipe de Xue Qikun de l’Université des sciences et technologies du Sud, en collaboration avec des scientifiques de l’Université des sciences et technologies de Chine, a réussi à créer deux nouveaux matériaux supraconducteurs à base de nickel sous pression ambiante.
La supraconductivité fait référence à un état dans lequel la résistance électrique tombe à zéro, permettant au courant de circuler sans perte d’énergie. Les supraconducteurs à haute température, qui fonctionnent à des températures relativement plus élevées, sont considérés comme essentiels aux applications futures dans les domaines de la transmission d’énergie, de la détection de précision et de l’informatique quantique.
Les matériaux à base de nickel sont apparus comme une troisième classe prometteuse de supraconducteurs à haute température, après les systèmes à base de cuivre et de fer. Cependant, les progrès dans ce domaine ont été limités par un défi fondamental : l’état d’oxydation élevé requis pour la supraconductivité est difficile à atteindre dans des conditions qui permettent également une croissance stable des matériaux.
Pour résoudre ce problème, l’équipe a développé une technique connue sous le nom d’épitaxie de couche atomique à forte oxydation, permettant un contrôle précis de la croissance des matériaux à l’échelle atomique dans des conditions d’oxydation extrêmes. Cette approche permet aux scientifiques de concevoir et d’assembler des structures atomiques couche par couche, créant ainsi des films d’oxyde de nickel de haute qualité aux propriétés adaptées.
En utilisant cette méthode, les chercheurs ont augmenté la température de transition supraconductrice d’un matériau bicouche à base de nickel déjà connu de 45 kelvins à 63 kelvins. Ils ont également conçu de nouvelles structures artificielles en concevant des séquences d’empilement atomiques spécifiques, dont deux présentaient une supraconductivité à 50 kelvins et 46 kelvins sous pression ambiante.
Au-delà de la création de nouveaux matériaux, l’équipe a également identifié des caractéristiques électroniques clés liées à la supraconductivité. En combinant le contrôle structurel au niveau atomique avec la spectroscopie de photoémission résolue en angle, ils ont découvert que les échantillons supraconducteurs partagent une structure de bande électronique distincte près de la surface de Fermi, fournissant ainsi une preuve expérimentale du mécanisme sous-jacent.
Les chercheurs affirment que les résultats aident à établir un lien direct entre la structure atomique, les propriétés électroniques et la supraconductivité, offrant ainsi une nouvelle voie pour comprendre la supraconductivité à haute température.
Les scientifiques pensent que des études comparatives des supraconducteurs à base de nickel, de cuivre et de fer pourraient à terme aider à résoudre l’énigme de longue date de la supraconductivité à haute température, ouvrant ainsi la voie à des progrès dans les systèmes énergétiques, les technologies de l’information et la science quantique.
