Percée en supraconductivité : flux sans friction

Des scientifiques du MIT ont guidé avec succès des atomes dans un “état de bord” unique pour la première fois, leur permettant de se déplacer sans friction. Cette percée pourrait ouvrir la voie à des matériaux supraconducteurs améliorés.

Lorsque les électrons traversent différents matériaux, ils subissent divers degrés de résistance. Les isolants bloquent la plupart des mouvements, les semi-conducteurs en permettent certains, les conducteurs en autorisent une quantité importante, et les supraconducteurs permettent un mouvement complet sans résistance. Les supraconducteurs sont donc idéaux pour une transmission rapide de données et d’énergie, et leurs champs électromagnétiques puissants peuvent faciliter le transport à grande vitesse par lévitation.

Le problème d’étudier le mouvement des électrons est que ces particules sont extrêmement petites et se déplacent à grande vitesse, ce qui les rend difficiles à observer. Pour y remédier, l’équipe du MIT a trouvé un moyen de reproduire ce comportement en utilisant des atomes, qui sont plus grands et plus lents.

Supraconductivité aux frontières

Les chercheurs se sont concentrés sur une forme de supraconductivité connue sous le nom d’états de bord. Dans certains matériaux, les électrons ne circulent pas librement partout, mais sont restreints aux bords, où ils se déplacent sans friction. Même en rencontrant des obstacles, ils les contournent sans heurts au lieu de rebondir comme à leur habitude.

Pour les électrons, ces états de bord se produisent en femtosecondes (quadrillionièmes de seconde) et couvrent des distances de fractions de nanomètre, ce qui les rend difficiles à observer. Les atomes, cependant, rendent ce comportement bien plus facile à voir.

“Dans notre configuration, la même physique s’applique aux atomes, mais à l’échelle des millisecondes et des microns”, a expliqué Martin Zwierlein, co-auteur de l’étude. “Cela nous permet de capturer des images et de regarder les atomes se déplacer lentement le long du bord du système pendant de longues périodes.”

L’équipe a piégé environ un million d’atomes de sodium dans un laser à des températures juste au-dessus du zéro absolu, les faisant tourner rapidement en cercles.

Les atomes se comportent comme des électrons dans un champ magnétique

« Le piège attire les atomes vers l’intérieur, tandis que la force centrifuge les repousse vers l’extérieur », a expliqué Richard Fletcher, co-auteur de l’étude. « Ces forces s’équilibrent, de sorte que les atomes se comportent comme s’ils étaient dans un espace plat, même si leur monde tourne. Une troisième force, l’effet Coriolis, les dévie lorsqu’ils tentent de se déplacer en ligne droite, faisant en sorte que ces atomes lourds se comportent comme des électrons dans un champ magnétique. »

L’équipe a ensuite introduit une bordure — un anneau de lumière laser qui formait une limite. Lorsque les atomes touchaient cet anneau, ils y adhéraient, se déplaçant librement le long du bord dans une seule direction.

Pour tester davantage leur comportement, les chercheurs ont ajouté des obstacles en projetant des points lumineux dans l’anneau. Malgré cette interférence, les atomes contournaient les obstacles sans effort.

« Nous avons délibérément placé une grande lumière répulsive verte, et les atomes auraient dû rebondir dessus », a déclaré Fletcher. « Mais au lieu de cela, ils ont navigué en douceur autour, sont revenus au bord et ont continué à se déplacer. »

Ce comportement atomique reflète de près la façon dont les électrons se déplacent dans les états de bord, le rendant visible pour la première fois. Les scientifiques peuvent désormais utiliser ce modèle pour explorer de nouvelles théories, améliorant potentiellement les matériaux supraconducteurs.

« C’est une réalisation claire de la physique élégante, et nous pouvons démontrer directement l’importance du bord », a ajouté Fletcher. « La prochaine étape consiste à ajouter plus d’obstacles et d’interactions dans le système, où les résultats deviennent moins prévisibles. »

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Lis l’article original sur :  New Atlas

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