Les scientifiques ont découvert un superconducteur révolutionnaire avec des interrupteurs marche-arrêt.

Un groupe de physiciens a identifié une nouvelle substance supraconductrice dotée d'une réactivité exceptionnelle aux stimuli extérieurs, un développement qui recèle le potentiel de progrès significatifs dans le domaine de l'informatique économe en énergie et de la technologie quantique. L’équipe y est parvenue en utilisant des techniques de recherche avancées, permettant une influence inégalée sur les attributs supraconducteurs, transformant éventuellement les applications industrielles à grande échelle.

L’équipe a exploité Advanced Photon Source pour confirmer les caractéristiques uniques de ce matériau, jetant ainsi potentiellement les bases d’un calcul à grande échelle plus efficace.

Les besoins informatiques croissants de l'industrie entraînent une augmentation de la dimension et des besoins énergétiques du matériel nécessaire pour répondre à ces demandes. Les substances supraconductrices pourraient constituer une solution potentielle pour réduire considérablement ces besoins énergétiques. Par exemple, refroidir un grand centre de données rempli de serveurs en fonctionnement constant jusqu'à un niveau presque absolu pourrait permettre des calculs à grande échelle avec une efficacité énergétique incroyable.

Des physiciens de l’Université de Washington et du Laboratoire national Argonne du Département américain de l’énergie (DOE) ont fait une découverte qui pourrait faciliter cet avenir de plus en plus efficace. Ils ont identifié un matériau supraconducteur doté d’une sensibilité unique aux stimuli externes qui permet d’augmenter ou de gêner les propriétés supraconductrices à volonté. Cette découverte ouvre de nouvelles possibilités pour les circuits supraconducteurs commutables et économes en énergie. Les résultats de la recherche ont été publiés dans Science Advances.

La supraconductivité est un état de la mécanique quantique dans lequel un courant électrique peut traverser un matériau sans résistance, ce qui entraîne une parfaite efficacité du transport électronique. Les supraconducteurs sont utilisés dans de puissants électro-aimants pour des technologies avancées telles que l’imagerie par résonance magnétique, les accélérateurs de particules, les réacteurs à fusion et les trains en lévitation, ainsi que dans l’informatique quantique.

L'électronique actuelle utilise des transistors semi-conducteurs pour activer et désactiver rapidement les courants électriques, formant ainsi les uns et les zéros binaires utilisés dans le traitement de l'information. En raison du courant circulant à travers des matériaux ayant une résistance électrique finie, une partie de l'énergie se dissipe sous forme de chaleur, provoquant un échauffement de votre ordinateur au fil du temps. Les basses températures requises pour la supraconductivité, généralement supérieures à 200 degrés Fahrenheit sous le point de congélation, rendent ces matériaux impraticables pour les appareils portables. Cependant, ils pourraient potentiellement être utiles à l’échelle industrielle.

Sous la direction de Shua Sanchez de l’Université de Washington, le groupe de recherche a étudié un matériau supraconducteur inhabituel doté d’une extraordinaire adaptabilité. Ce cristal est composé d'une feuille plate d'atomes d'europium ferromagnétiques enfermés entre des couches supraconductrices d'atomes de fer, de cobalt et d'arsenic. La présence à la fois de ferromagnétisme et de supraconductivité dans la nature est remarquablement rare, a noté Sanchez, en raison du fait qu'une phase domine généralement l'autre.

"Les couches supraconductrices se trouvent dans une situation quelque peu inconfortable, infiltrées par les champs magnétiques des atomes d'europium environnants", a déclaré Sanchez. "Cela altère la supraconductivité, conduisant à une résistance électrique finie."

Sanchez a passé un an dans l'une des principales sources de lumière à rayons X du pays, l'Advanced Photon Source (APS), une installation utilisateur du DOE Office of Science à Argonne. Au cours de sa résidence, soutenue par le programme de recherche des étudiants diplômés en sciences du DOE, Sanchez a collaboré avec des physiciens des lignes de lumière APS pour développer une plateforme de caractérisation approfondie capable de sonder les détails microscopiques de matériaux complexes.

Sanchez et son équipe ont utilisé toute une gamme de techniques de rayons X pour établir que l'exercice d'un champ magnétique sur le cristal pouvait aligner les lignes du champ magnétique de l'europium avec les couches supraconductrices, supprimant ainsi leurs effets nocifs et créant un état de résistance nulle. Grâce à des mesures électriques et à des méthodes de diffusion des rayons X, les scientifiques ont constaté qu'ils pouvaient contrôler le comportement du matériau.

Selon Philip Ryan d'Argonne, co-auteur de l'article, "la nature fascinante des paramètres indépendants contrôlant la supraconductivité permet une méthode complète de gestion de cet effet". Il poursuit : « Ce potentiel suggère plusieurs possibilités intéressantes, notamment la capacité de réguler la sensibilité du champ pour les dispositifs quantiques. »

Le groupe a ensuite appliqué différents niveaux de contrainte au cristal, découvrant que la supraconductivité pouvait être soit suffisamment améliorée pour triompher du magnétisme sans avoir besoin d'une réorientation du champ, soit suffisamment affaiblie pour que la réorientation magnétique ne conduise plus à l'état de résistance nulle. . Ce paramètre supplémentaire permet de réguler et de personnaliser la sensibilité du matériau au magnétisme.