Induire la supraconductivité à température ambiante : de nouvelles opportunités ouvertes par la recherche utilisant la lumière
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Semblable à la façon dont les personnes découvrent plus sur elles-mêmes en sortant de leurs zones de confort, les scientifiques peuvent en savoir plus sur un système en le rendant instable et en observant ce qui se passe lorsqu’il s’installe dans un état écurie.
Lorsqu’il s’agit d’un matériau supraconducteur appelé oxyde de cuivre et de baryum d’yttrium ou YBCO, des expériences ont révélé que, dans des conditions spécifiques, ont provoqué une accélération avec une impulsion laser lui permet de supraconduire (conduire le courant électrique sans aucune perte d’énergie) à plus prêt à température ambiante que prévu par les scientifiques. Cela pourrait être un gros problème, car les chercheurs recherchent des supraconducteurs à température ambiante depuis plus de 30 ans.
Est-ce viable ?
Cependant, les observations de cet état instable ont-elles un impact sur le fonctionnement réel des supraconducteurs à haute température, où des applications telles que les lignes électriques, les accélérateurs de particules, les trains maglev et les dispositifs médicaux exigeants qu’ils soient stables ?
Une étude publiée par Science Advances suggère que la solution est oui.
Jun-Sik Lee, chercheur au sein du SLAC National Accelerator Laboratory du ministère de l’Énergie et chef de l’équipe de recherche internationale qui a effectué la recherche, a déclaré que la plupart des personnes supposaient que bien que ce type de recherche soit utile, il n’était pas très prometteur pour l’avenir. Applications.
Jun-Sik Lee poursuit en ajoutant que, néanmoins, maintenant que l’équipe a présenté que la physique fondamentale de ces états instables est tout à fait comparable à celle des états stables. Ouvrant des possibilités substantielles, y compris la possibilité que les matériaux puissent en outre être poussés dans un état supraconducteur rapidement avec la lumière. C’est un état intrigant que nous ne pouvons pas voir autrement.
Le nom?
YBCO est un composé d’oxyde de cuivre ou de cuprate, membre d’une famille de matériaux découverts en 1986 pour conduire le courant électrique avec une résistance nulle à des températures plus élevées que les chercheurs ne l’avaient cru possible.
Comme les supraconducteurs traditionnels, découverts plus de 70 ans plus tôt, YBCO passe d’un état typique à un état supraconducteur lorsqu’il est refroidi en dessous d’une température de transition spécifique. Là, les électrons s’affichent et créent un condensat – une sorte de soupe d’électrons – qui conduit sans effort le courant électrique. Les chercheurs ont une théorie solide sur la façon dont cela se produit dans les supraconducteurs plus anciens. Cependant, il n’y a toujours pas d’accord sur la manière dont cela fonctionne dans les non-conventionnels comme YBCO.
Une façon de résoudre le problème consiste à examiner l’état régulier de YBCO, qui est très inhabituel en soi. L’état typique contient une multitude d’étapes compliquées et entrelacées de la matière. Chacun ayant le potentiel d’aider ou d’entraver le passage à la supraconductivité qui se bouscule pour la domination et se chevauche parfois. De plus, à certaines de ces étapes, les électrons semblent se reconnaître et agir ensemble comme s’ils se traînaient.
Il s’agit d’un véritable enchevêtrement, et les scientifiques espèrent qu’une meilleure compréhension de celui-ci permettra de clarifier comment et pourquoi ces matériaux deviennent supraconducteurs à des températures supérieures à la limite théorique anticipée pour les supraconducteurs conventionnels. Il est difficile de découvrir ces états normaux remarquables aux températures chaudes où ils se produisent. Par conséquent, les chercheurs refroidissent généralement leurs échantillons YBCO au point où ils deviennent supraconducteurs. Après cela, ils désactivent la supraconductivité en rétablissant l’état typique.
Le changement se fait souvent en démontrant le matériau à un champ magnétique. C’est la méthode préférée, car elle laisse le matériau dans un arrangement stable – nécessaire pour produire un appareil pratique.
Lee a déclaré que la supraconductivité pouvait également être désactivée avec une impulsion de lumière. Cela crée un état standard légèrement déséquilibré – hors d’équilibre – où des choses intéressantes peuvent se produire d’un point de vue scientifique. Cependant, l’instabilité a incité les chercheurs à ne pas supposer que tout ce qu’ils y découvrent peut aussi être appliqué à des matériaux stables comme ceux requis pour des applications pratiques.
Ondes statiques
Dans cette recherche, Lee et ses partenaires ont comparé les deux méthodes de commutation – champs magnétiques et impulsions lumineuses – en se concentrant sur la façon dont elles influencent une phase particulière de la matière appelée ondes de densité de charge ou CDW, qui apparaissent dans les matériaux supraconducteurs. Les CDW sont des motifs ondulatoires de densité électronique supérieure et réduite. Néanmoins, contrairement aux vagues océaniques, elles ne bougent pas.
Des CDW bidimensionnels ont été découverts en 2012, et en 2015, Lee et ses partenaires ont découvert un nouveau type de CDW 3D. Les deux types sont totalement liés à la supraconductivité à haute température et peuvent fonctionner comme des marqueurs du point de transition où la supraconductivité s’active ou se désactive.
Le groupe de recherche a fait des expériences sur trois sources lumineuses à rayons X pour comparer à quoi ressemblent les CDW dans YBCO lorsque leur supraconductivité est désactivée avec la lumière par rapport au magnétisme.
Dans un premier temps, ils ont mesuré les propriétés du matériau ininterrompu, y compris ses ondes de densité de charge, à la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) du SLAC.
Après cela, des échantillons du matériau ont été exposés à des champs magnétiques produits au centre synchrotron SACLA au Japon et à la lumière laser au laser à rayons X à électrons libres du Pohang Accelerator Lab (PAL-XFEL) en Corée. Cela garantissait que les changements dans leurs CDW pouvaient être mesurés.
Le chercheur du SLAC et co-auteur de l’étude, Sanghoon Song, a déclaré que les expériences ont révélé que l’exposition des échantillons au magnétisme ou à la lumière produisait des modèles 3D comparables de CDW. Bien que comment et pourquoi cela se produise ne soit toujours pas compris. Sanghoon mentionne, les résultats démontrent que les états générés par l’une ou l’autre technique ont la même physique fondamentale. L’équipe propose que la lumière laser pourrait être un bon moyen de créer et de découvrir des états transitoires qui pourraient être stabilisés pour des applications fonctionnelles, y compris la supraconductivité à température ambiante.
Lire l’article original sur PHYS.
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