Des scientifiques ont créé un matériau mystérieux qui semble conduire l’électricité sans résistance à des températures allant jusqu’à environ 15 ° C. C’est un nouveau record pour la supraconductivité, un phénomène généralement associé à des températures très froides. Le matériau lui-même est mal compris, mais il montre le potentiel d’une classe de supraconducteurs découverte en 2015.

Le supraconducteur a cependant une limite sérieuse : il ne survit que sous des pressions extrêmement élevées, se rapprochant de celles du centre de la Terre, ce qui signifie qu’il n’aura pas d’applications pratiques immédiates. Néanmoins, les physiciens espèrent que cela pourrait ouvrir la voie au développement de matériaux à résistance nulle pouvant fonctionner à des pressions plus basses.

Les supraconducteurs ont un certain nombre d’applications technologiques, des machines d’imagerie par résonance magnétique aux tours de téléphonie mobile, et les chercheurs commencent à les expérimenter dans des générateurs hautes performances pour éoliennes. Mais leur utilité est encore limitée par le besoin de cryogénie volumineuse. Les supraconducteurs courants fonctionnent à des pressions atmosphériques, mais seulement s’ils sont maintenus très froids. Même les plus sophistiqués — les matériaux céramiques à base d’oxyde de cuivre – ne fonctionnent qu’en dessous de 133 kelvins (-140 ° C). Les supraconducteurs qui fonctionnent à température ambiante pourraient avoir un impact technologique important, par exemple dans l’électronique qui fonctionne plus vite sans surchauffe.

La dernière étude, publiée dans Nature le 14 octobre, semble fournir des preuves convaincantes de conductivité à haute température, explique le physicien Mikhail Eremets de l’Institut Max Planck de chimie de Mayence, en Allemagne – bien qu’il ajoute qu’il aimerait voir plus de « données brutes » de l’expérience. Il ajoute que cela justifie une ligne de travail qu’il a commencée en 2015, lorsque son groupe a rapporté2 le premier supraconducteur à haute pression et à haute température – un composé d’hydrogène et de soufre qui avait une résistance nulle jusqu’à -70 ° C.

En 2018, un composé à haute pression d’hydrogène et de lanthane a été montré3 comme supraconducteur à -13 ° C. Mais le dernier résultat marque la première fois que ce type de supraconductivité est observé dans un composé de trois éléments plutôt que deux – le matériau est fait de carbone, de soufre et d’hydrogène. L’ajout d’un troisième élément élargit considérablement les combinaisons pouvant être incluses dans de futures expériences à la recherche de nouveaux supraconducteurs, explique Ashkan Salamat, co-auteur de l’étude, physicien à l’Université du Nevada à Las Vegas.  » Nous avons ouvert une toute nouvelle région  » d’exploration, dit-il.

Des matériaux supraconducteurs à des pressions élevées mais non extrêmes pourraient déjà être utilisés, explique Maddury Somayazulu, chercheur en matériaux à haute pression au Laboratoire national d’Argonne à Lemont, dans l’Illinois. L’étude montre qu’en « choisissant judicieusement le troisième et le quatrième élément » d’un supraconducteur, dit-il, on pourrait en principe faire baisser sa pression de fonctionnement.

Les travaux valident également des prédictions vieilles de plusieurs décennies du physicien théoricien Neil Ashcroft de l’Université Cornell à Ithaca, New York, selon lesquelles des matériaux riches en hydrogène pourraient supraconducteurs à des températures beaucoup plus élevées que ce que l’on pensait possible. « Je pense qu’il y avait très peu de personnes en dehors de la communauté sous haute pression qui le prenaient au sérieux », explique Somayazulu.

Matériau mystère

Le physicien Ranga Dias de l’Université de Rochester à New York, avec Salamat et d’autres collaborateurs, a placé un mélange de carbone, d’hydrogène et de soufre dans une niche microscopique qu’ils avaient creusée entre les pointes de deux diamants. Ils ont ensuite déclenché des réactions chimiques dans l’échantillon avec de la lumière laser et ont observé la formation d’un cristal. En abaissant la température expérimentale, la résistance à un courant traversant le matériau est tombée à zéro, indiquant que l’échantillon était devenu supraconducteur. Ensuite, ils ont augmenté la pression et ont constaté que cette transition se produisait à des températures de plus en plus élevées. Leur meilleur résultat a été une température de transition de 287,7 kelvins à 267 gigapascals — 2,6 millions de fois la pression atmosphérique au niveau de la mer.

Les chercheurs ont également trouvé des preuves que le cristal expulsait son champ magnétique à la température de transition, un test crucial de la supraconductivité. Mais beaucoup de choses sur le matériel reste inconnu, avertissent les chercheurs.  » Il y a beaucoup de choses à faire », explique Eremets. Même la structure exacte et la formule chimique du cristal ne sont pas encore comprises. « À mesure que vous passez à des pressions plus élevées, la taille de l’échantillon diminue », explique Salamat. « C’est ce qui rend ces types de mesures vraiment difficiles. »

Les supraconducteurs à haute pression en hydrogène et un autre élément sont bien compris. Et les chercheurs ont fait des simulations informatiques de mélanges à haute pression de carbone, d’hydrogène et de soufre, explique Eva Zurek, chimiste informatique à l’Université d’État de New York à Buffalo. Mais elle dit que ces études ne peuvent expliquer les températures supraconductrices exceptionnellement élevées observées par le groupe de Dias. « Je suis sûre qu’après la publication de ce manuscrit, de nombreux groupes théoriques et expérimentaux se pencheront sur ce problème « , dit-elle.