Les supraconducteurs à haute température font-ils des progrès ?

Lorsque les matériaux conduisent l'électricité, une partie de l'énergie est gaspillée sous forme de chaleur. Cette perte est connue sous le nom de résistance. Dans certaines conditions, cependant, certains matériaux n'ont aucune résistance. Ces matériaux sont appelés supraconducteurs, et leur efficacité à transporter l'électricité et à générer des champs magnétiques les rend cruciaux dans des applications telles que les appareils d'imagerie par résonance magnétique (IRM) et le système de train maglev ultra-rapide du Japon.

Les scientifiques ont vu un matériau perdre brièvement sa résistance électrique à température ambiante lorsqu'il est pulsé avec un laser. Sa structure est illustrée ici.

Mais ces supraconducteurs conventionnels doivent être refroidis à l'hélium liquide à environ -270 °C, ce qui est coûteux et limite leur utilisation. Les supraconducteurs à haute température, fabriqués pour la première fois dans les années 1980, deviennent supraconducteurs à environ -135 ° C, ce qui permet des processus de refroidissement plus pratiques utilisant de l'azote liquide. Ces matériaux pourraient avoir des avantages plus étendus, comme fournir plus d'électricité aux villes et fournir un stockage d'énergie pour leurs réseaux (voir Aimants supraconducteurs pour le stockage à l'échelle du réseau). Ils pourraient également réduire considérablement la taille des éoliennes et être utilisés dans les supercalculateurs.

Des supraconducteurs à haute température ont été démontrés dans quelques applications de niche, notamment un câble alimentant Long Island (voir Un réseau plus robuste pour Manhattan) et sur un navire de la marine américaine. Un service public de Chicago envisage des câbles supraconducteurs qui fournissent 10 fois autant de puissance que des fils de cuivre de même calibre. Ils pourraient aider à réduire les pannes de courant, car ils peuvent déplacer rapidement l'électricité entre les sous-stations dans des quantités qui feraient frire les équipements traditionnels.

Mais les nouveaux matériaux sont limités car ils sont difficiles à fabriquer. Les scientifiques tentent toujours d'en savoir plus sur le fonctionnement de ces supraconducteurs à haute température, dans le but de créer un jour des matériaux possédant ces propriétés à température ambiante. Il y a eu quelques avancées récentes dans le domaine.

Échauffement

Physiciens à Hambourg Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière ont montré qu'un supraconducteur à haute température soumis à des impulsions d'un laser infrarouge perdait sa résistance électrique à température ambiante. Les impulsions laser semblaient déplacer les atomes dans le réseau cristallin du matériau à base de céramique, disent les scientifiques dans un La nature lettre. Ce changement n'a été observé que pendant des billionièmes de seconde, mais il pourrait donner aux scientifiques plus d'indices sur la façon de fabriquer des supraconducteurs qui fonctionnent à des températures plus élevées.

Au Université de Californie du Sud , les scientifiques ont assemblé un groupe d'atomes d'aluminium qui a montré une supraconductivité à -173 ° C plutôt qu'à -272 °, ce qui est nécessaire pour transformer l'aluminium typique en supraconducteur. La recherche a été publiée dans Nano-lettres le 28 janvier.

Plus d'expériences

Parce que les scientifiques ne savent pas exactement ce qui fait que les matériaux agissent comme des supraconducteurs à haute température, le processus de recherche de nouveaux a été difficile. En juin dernier, des scientifiques de l'Université de Cambridge ont découvert que la supraconductivité de ces matériaux provient de poches d'électrons torsadées. Les détails sont décrits dans une lettre de juillet dans La nature . L'université fournit une photo de ces poches et plus d'informations sur l'étude ici.

Travaillant avec des scientifiques au Japon, à Taïwan et en Écosse, des chercheurs de l'Université Cornell décrivent comment ils ont pu trouver le empreinte digitale d'activité caractéristique des électrons dans les supraconducteurs de fer à haute température. Les scientifiques décrivent cette approche théorique dans un Physique naturelle lettre.

Dans le même temps, certaines découvertes posent des revers aux scientifiques. Dans un Physique naturelle article, par exemple, des chercheurs de Stanford expliquent comment ils ont découvert un comportement inattendu dans un matériau à base d'oxyde de cuivre. Une vidéo animée spectacles ce qu'ils ont trouvé.

Matériaux plus solides

Certains des supraconducteurs à haute température d'aujourd'hui peuvent transporter tellement de courant qu'ils génèrent des champs magnétiques 100 fois plus puissants qu'un aimant de réfrigérateur. Le matériau doit être capable de contenir la force de ce champ magnétique, sinon il explosera. En juin dernier, des ingénieurs de l'Université de Cambridge, de la Florida State University et de Boeing a battu un record de 2003 pour la force d'une force magnétique qui pourrait être piégée à l'intérieur d'un supraconducteur. Les résultats ont été détaillés dans Science et technologie des supraconducteurs .

Le plat à emporter :

Les questions persistantes sur les raisons pour lesquelles les matériaux deviennent des supraconducteurs à haute température ont rendu difficile la conception de nouveaux matériaux plus pratiques à fabriquer et à utiliser. Michael Norman, un éminent membre du Laboratoire national d'Argonne, a récemment décrit la recherche sur les supraconducteurs à haute température au fil des ans dans un La nature passer en revue. Cela aide à montrer pourquoi l'objectif ultime de développer un supraconducteur à température ambiante est loin.

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