Le graphane dopé devrait être supraconducteur à 90K

Il y a un problème avec les supraconducteurs à haute température. Cela fait maintenant plus de deux décennies depuis la découverte que certains oxydes de cuivre peuvent supraconducteurs à des températures supérieures à 30 K.

Ces années ont été remplies de promesses, d'hyperboles et de recherches fiévreuses. Les physiciens savent que les oxydes de cuivre supraconducteurs sont totalement différents des supraconducteurs BCS conventionnels (d'après Bardeen, Cooper et Schrieffer, qui ont élaboré la théorie qui les sous-tend). Et pourtant, personne n'est d'accord sur ce qu'est précisément le nouveau mécanisme. Personne n'a non plus créé de supraconducteur fonctionnant à une température utilisable, c'est-à-dire supérieure à la température de l'azote liquide.

Même la résurgence de l'excitation l'année dernière à propos de la découverte que les supraconducteurs en diborure de magnésium à haute température, probablement à l'ancienne manière BCS, a rapidement cédé la place au malaise car les physiciens ont découvert qu'ils étaient incapables de s'appuyer sur la percée pour fabriquer de meilleurs supraconducteurs. Il est tentant de penser que les supraconducteurs ne franchiront jamais la barrière de l'azote liquide.

Mais aujourd'hui, l'espoir est rétabli grâce à un ensemble fascinant de calculs effectués par Gianluca Savini à l'Université de Cambridge au Royaume-Uni et quelques copains. Ils calculent les propriétés du graphane dopé p à partir des premiers principes et disent qu'il devrait être supraconducteur à 90K ou plus, bien dans la plage de refroidissement à l'azote liquide.

De plus, le graphane dopé p devrait être supraconducteur de la même manière que les supraconducteurs BCS à l'ancienne. C'est curieux car tout le monde pense que la supraconductivité BCS ne peut pas fonctionner à haute température.

La raison en est l'énergie de l'interaction entre les électrons supraconducteurs et le matériau environnant. Dans les supraconducteurs BCS ordinaires, on pense que cela n'est que de quelques dizaines de meV. Dans les oxydes de cuivre, cependant, ces interactions ont une énergie de quelques centaines de meV. C'est cette différence qui fait penser aux physiciens que les supraconducteurs BCS ne fonctionneront jamais à la température des oxydes de cuivre.

Et pourtant, la découverte que le diborure de magnésium supraconducteur remet en cause cette énergie de pensée de ces interactions dans MgB2 est beaucoup plus élevée. Trois facteurs semblent se réunir pour rendre cela possible, disent Savini et co. Le premier est l'énergie caractéristique des phonons dans MgB2 qui est due à l'étirement des liaisons et joue un rôle important en aidant les supraconducteurs à traverser la structure. Deuxièmement, la densité électronique des états dans le matériau et enfin, ils indiquent l'équilibre entre le couplage électron-phonon attractif et l'interaction électron-électron répulsive dans MgB2.

Serait-il possible de trouver des matériaux dans lesquels ces quantités peuvent être manipulées davantage ? Vous pariez. Savini et ses collaborateurs ont remarqué que le diamant dopé p a deux de ces caractéristiques mais n'est supraconducteur qu'à 4K.

Cependant, ils calculent que le graphane dopé p correspond exactement à la facture et devrait supraconducteur à l'ancienne manière BCS à 90K. De plus, ils disent qu'il y a des indices que les nanofils de diamant dopés p pourraient avoir des propriétés similaires.

Divers groupes s'amusent déjà avec des nanofils de diamant dopés.

Les implications de tout cela sont étonnantes. Tout d'abord, la possibilité de dispositifs supraconducteurs utiles refroidis uniquement par de l'azote liquide. Enfin!

Mais il y a une autre implication, plus exotique : en créant des grilles de type transistor à partir de graphane dopé de différentes manières, il devrait être possible de créer des dispositifs dans lesquels la supraconductivité peut être activée et désactivée. Cela rendra possible une toute nouvelle classe de commutateur.

Avant tout cela, cependant, quelqu'un doit fabriquer du graphane dopé p. Ce sera dur. Le graphane lui-même a été fabriqué pour la première fois l'année dernière à l'Université de Manchester. Il devrait être amusant de suivre la course pour fabriquer et tester une version dopée au p.

Réf : arxiv.org/abs/1002.0653 : Graphane dopé : un prototype de supraconducteur électron-phonon à haute Tc

cacher