Les scientifiques clarifient le fonctionnement du supraconducteur le plus connu

Processus de diffusion par paires de Cooper sur l’impureté magnétique (Nd) dans la structure du superhydrure de lanthane LaH10. Crédit : Dmitrii Semenok (Skoltech)

Dans une série d’expériences sur le superhydrure de lanthane avec des impuretés, des chercheurs de Skoltech, Lebedev Physical Institute of RAS et leurs collègues des États-Unis, d’Allemagne et du Japon ont établi le mécanisme à l’origine de la supraconductivité à plus haute température dans les polyhydrures observée à ce jour. Signalé dans Matériaux avancés, la découverte ouvre la voie à de futures études sur des matériaux conducteurs d’électricité avec une résistance nulle à température ambiante ou proche de celle-ci. Ceux-ci seraient utiles pour l’électronique supraconductrice et les ordinateurs quantiques, les trains maglev, les machines IRM, les accélérateurs de particules et peut-être même les réacteurs à fission nucléaire et les lignes électriques sans perte, si vous aimez ce genre de choses.

S’ils ne sont pas le Saint Graal de la science des matériaux, les supraconducteurs proches de la température ambiante sont certainement parmi les matériaux les plus recherchés avec des applications technologiques. S’il était découvert, un tel matériau permettrait des électroaimants monstres qui pourraient être utilisés dans des instruments de recherche fondamentale, tels que des capteurs magnétiques ultraprécis et des accélérateurs de particules qui rendraient le Large Hadron Collider chétif, ainsi que dans la technologie médicale (meilleurs scanners IRM), magnétique trains à lévitation, moteurs et générateurs miniatures et gadgets à autonomie prolongée. Parmi les applications les plus futuristes figurent les lignes de transport d’électricité à longue distance qui fourniraient de l’électricité presque sans pertes.

Théoriquement, l’hydrogène pur devrait être le meilleur supraconducteur à haute température, à condition de pouvoir le presser suffisamment fort pour le transformer en métal. Mais c’est tout un défi, c’est le moins qu’on puisse dire. Au lieu de cela, les scientifiques explorent des composés qui contiennent des éléments supplémentaires, en plus de beaucoup d’hydrogène. De cette façon, ils sacrifient une partie de la température pour amener les pressions nécessaires pour stabiliser le matériau supraconducteur vers le bas et dans le domaine de ce qui est technologiquement possible.

“En ce moment, le superhydrure de lanthane LaHdix est le meilleur concurrent dans cette course aux supraconducteurs, avec une température critique de moins 23 degrés Celsius », a commenté le chercheur principal de l’étude, le professeur Skoltech Artem R. Oganov. « C’est très impressionnant, mais pour aller encore plus haut, nous avons d’abord dû comprendre comment fonctionne la supraconductivité dans ce matériau. Maintenant, nous le faisons.”

Il existe plusieurs mécanismes qui peuvent permettre une conductivité électrique avec une résistance nulle. La mieux comprise est appelée supraconductivité conventionnelle médiée par les phonons. Il survient en vertu des interactions électroniques avec les oscillations du réseau cristallin. La théorie bien établie de la supraconductivité conventionnelle peut être utilisée pour améliorer le superhydrure de lanthane, peut-être en introduisant un troisième élément crucial pour créer un nouveau composé d’hydrogène et de deux autres éléments bien choisis.

“Le problème était, jusqu’à présent, qu’aucun modèle de systèmes supraconducteurs ternaires n’existait pour savoir dans quelle mesure nous pouvons améliorer les propriétés supraconductrices des polyhydrures. – supraconductivité de température. Nous avons ouvert la voie en éliminant cette incertitude », a déclaré Oganov.

Son équipe a établi le comportement de la supraconductivité dans le superhydrure de lanthane sur la base du théorème d’Anderson largement accepté. Il indique que les supraconducteurs conventionnels – et eux seuls – conservent leurs propriétés lorsqu’une impureté non magnétique est introduite, mais subissent une diminution de la température critique de la supraconductivité lorsqu’ils sont dopés avec des impuretés magnétiques.

“Ayant confirmé dans un article antérieur que l’ajout d’yttrium, qui est non magnétique, n’affecte pas la température critique de supraconductivité dans LaHdix, nous avons plutôt dopé ce matériau avec du néodyme magnétique. Et bien sûr, plus d’atomes de néodyme ont été ajoutés, plus cette supraconductivité supprimée, la détruisant finalement à environ 15 à 20 % atomiques de Nd », a déclaré Dmitrii Semenok, étudiant au doctorat à Skoltech et auteur principal de l’étude. .

Selon les chercheurs, nous avons maintenant une meilleure compréhension de la façon dont les impuretés affecteront la supraconductivité dans les hydrures et nous pouvons prédire les propriétés de nombreux systèmes d’hydrures ternaires. L’équipe s’appuiera sur les conclusions établies pour prédire, synthétiser et tester de nouveaux composés riches en hydrogène à trois éléments, en espérant améliorer le superhydrure de lanthane en augmentant sa température critique, en abaissant la pression de synthèse, ou les deux.

La recherche sur les composés hydrures anormaux a fait beaucoup pour approfondir notre compréhension et dissiper les idées fausses sur la supraconductivité. Une grande partie de cette recherche a utilisé USPEX, un programme informatique développé par Oganov pour prédire les composés largement contre-intuitifs qui existent à des pressions très élevées.


De nouveaux hydrures ternaires de lanthane et d’yttrium rejoignent les rangs des supraconducteurs à haute température


Plus d’information:
Dmitrii V. Semenok et al, Effet des impuretés magnétiques sur la supraconductivité dans LaH 10, Matériaux avancés (2022). DOI : 10.1002/adma.202204038

Fourni par l’Institut des sciences et technologies de Skolkovo

Citation: Les scientifiques clarifient le fonctionnement du meilleur supraconducteur connu (15 août 2022) récupéré le 15 août 2022 sur https://phys.org/news/2022-08-scientists-superconductor.html

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