Une Avancée Clé Dans La Recherche En Physique Pourrait Aider À Activer Une Énergie Électrique Super Efficace
Aujourd’hui, un groupe international de scientifiques dirigé par Séamus Davis, professeur de physique à l’Université d’Oxford et à l’Université de Cork, a annoncé des résultats qui révèlent le mécanisme atomique derrière les supraconducteurs à haute température. Les recherches sont publiées dans PNAS.
Les supraconducteurs sont des produits qui peuvent conduire l’électricité avec une résistance nulle pour garantir qu’un courant électrique peut persister indéfiniment. Ceux-ci sont déjà utilisés dans diverses applications, y compris les scanners IRM et les trains maglev à grande vitesse ; cependant, la supraconductivité nécessite généralement des températures extrêmement basses, en mimitant leur utilisation généralisée. Un objectif important de la recherche en physique est de développer des supraconducteurs qui fonctionnent à température ambiante, ce qui pourrait révolutionner le transport et le stockage de l’énergie.
Certains matériaux d’oxyde de cuivre demontrent une supraconductivité à des températures plus élevées que les supraconducteurs conventionnels ; néanmoins, le mécanisme derrière cela est resté inconnu depuis leur exploration en 1987.
Pour étudier cela, un groupe international impliquant des scientifiques d’Oxford, de Cork en Irlande, des États-Unis, du Japon et d’Allemagne, a créé deux nouvelles techniques de microscopie. Le premier de celles-ci mesurait la différence de puissance entre les orbitales des atomes de cuivre et d’oxygène en fonction de leur emplacement. La deuxième technique mesurait l’amplitude de la fonction d’onde de la paire d’électrons (la force de la supraconductivité) à chaque atome d’oxygène et à chaque atome de cuivre.
“En visualisant la force de la supraconductivité en fonction des différences entre les énergies orbitales, pour la toute première fois, nous avons pu mesurer précisément la relation requise pour valider, ou invalider l’un des principaux concepts de supraconductivité à haute température à l’échelle atomique. », a déclaré le professeur Davis.
Comme prédit par la théorie, les résultats ont montré une relation inverse quantitative entre la différence d’énergie de transfert de charge entre les atomes d’oxygène, et de cuivre adjacents, et la force de la supraconductivité.
Selon le groupe de recherche, cette découverte pourrait constituer une étape historique vers le développement de supraconducteurs à température ambiante. En fin de compte, ceux-ci pourraient avoir des applications de grande envergure allant des trains maglev, des réacteurs à fusion nucléaire, des ordinateurs quantiques et des accélérateurs de particules à haute énergie, sans parler du transfert et du stockage de puissance super efficaces.
Dans les produits supraconducteurs, la résistance électrique est minimisée, car les électrons qui transportent le courant sont liés ensemble dans des ‘‘ensembles de Cooper’’ stables. Dans les supraconducteurs à basse température, les ensembles de Cooper sont maintenus ensemble par des vibrations thermiques; cependant, ceux-ci deviennent trop instables à des températures plus élevées. Ces nouveaux résultats démontrent que, dans les supraconducteurs à haute température, les paires de Cooper sont plutôt maintenues ensemble par des interactions magnétiques, les ensembles d’électrons se liant par une communication mécanique quantique à travers l’atome d’oxygène intermédiaire.
Le professeur Davis a ajouté que ‘‘cela a été l’un des problèmes du Saint Graal dans la recherche en physique pendant près de 40 ans. Beaucoup de gens pensent que des supraconducteurs à température ambiante, peu coûteux, et facilement disponibles seraient aussi révolutionnaires pour la civilisation humaine que l’introduction de l’électricité elle-même.
Plus d’information:
Shane M. O’Mahony et al, Sur le mécanisme d’appariement d’électrons de la supraconductivité à haute température de l’oxyde de cuivre, Actes de National Academy of Sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2207449119
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