Découvrez le mystère du superconducteur qui a brisé toutes les marques

2020/02/10 Agirre Ruiz de Arkaute, Aitziber - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Un des grands défis de la physique est de trouver des matériaux supraconducteurs à température ambiante et la pression environnementale. Pour le moment, LaH10 a battu tous les records, de -23ºC à 130 gigapascales au superconducteur, à la température la plus élevée et à la pression la plus basse de tous les temps (même si la pression atmosphérique est encore un million de fois). Cette réalisation a profondément choqué les scientifiques en 2019, car, selon les estimations théoriques, il n'était pas prévu d'atteindre des pressions aussi basses. Cependant, l'équipe et les collaborateurs du physicien de Saint-Sébastien Ion Errea Lope ont donné une explication à ce qui a été observé expérimentalement. De plus, ils ont jeté les bases pour identifier dans le futur des matériaux supraconducteurs à moindre pression.

Des composés comme LaH10 n'existent pas dans notre chimie conventionnelle. Elles ont été conçues et créées en laboratoire pour obtenir des matériaux supraconducteurs. L'équipe du brûlage ne les crée pas, mais il effectue des calculs théoriques pour identifier les meilleurs superconducteurs à l'UPV et au Centre de physique des matériaux CFM. Selon le nouveau travail publié dans la revue Nature, dans ces calculs, il faut intégrer un facteur qui jusqu'ici n'avait pas été considéré: les fluctuations quantiques des atomes. « Les atomes sont des objets quantiques qui se déplacent constamment, dit Erra. Ils ne peuvent pas rester immobile à un point, même à zéro absolu (-273º K), ils fluctuent. Ces fluctuations peuvent grandement affecter les propriétés des matériaux, surtout dans le cas des petits atomes, ceux de l’hydrogène.»

Dans le cas du LaH10, par exemple, les atomes d'hydrogène créent un réseau entrelacé, une sorte de cage d'hydrogène métallique, qui comprend le lanthane. Sans fluctuation quantique, cette cage se déformerait; des températures très froides seraient nécessaires pour bien maintenir la structure et pour que le matériel soit supraconducteur. Les fluctuations quantiques sont celles qui maintiennent et stabilisent la structure du composé. Ainsi, les résultats d'Errea ont montré que les fluctuations quantiques des atomes doivent être prises en compte dans les calculs pour la génération de composés supraconducteurs.

« Notre travail a montré que compte tenu de ces fluctuations quantiques, les composés supraconducteurs à des températures très élevées sont stables même à des pressions inférieures à celles que nous pensions. » L'exemple de LaH10 a montré qu'il peut être stabilisé dans 100 gigapascales moins que prévu, contre toutes les prévisions. Le nouveau travail de la combustion a donc montré que, dans les calculs théoriques, ces fluctuations n'ont pas été prises en compte à la base de la différence entre ce qui a été expérimentalement vu avec le LaH10 et ce qui a été calculé théoriquement.

Jusqu'à présent, des calculs de superconducteurs ont été effectués comme si les atomes étaient à un point, sans tenir compte des fluctuations quantiques, puisque ces calculs sont très coûteux. Peu de chercheurs ont la capacité technique de le faire. Cependant, au cours des 6 à 7 dernières années, il a réussi à développer des programmes de calcul avec lesquels il a obtenu les résultats mentionnés. Dans un délai d'environ trois mois, ces ressources de calcul seront mises à la portée de tous, espérant qu'elles serviront la communauté scientifique.

Pour l'avenir, le nouveau travail servira à identifier des composés supraconducteurs stables également à des pressions mineures. Errea montre l'espoir: « Il y a des candidats. Et nous aurons des surprises, sûr ! C’est dire trop que nous allons baisser jusqu’à la pression environnementale, mais on sait.»

Plus d'informations dans l'interview réalisée à Ion Erre en 2019.