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Posté par Redbran le Jeudi 03/03/2016 à 12:00
Un bond quantique pour la nouvelle génération de supraconducteurs

Le train à sustentation magnétique japonais JR-Maglev. Illustration: Wikimedia Commons
Des scientifiques financés par l'UE ont démontré que les supraconducteurs peuvent fonctionner à des températures plus élevées, ouvrant ainsi la voie à de nombreuses nouvelles applications industrielles.

Les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) quantiques, des matériaux conçus à l'échelle subatomique, peuvent être optimisés pour obtenir des propriétés utiles qui ne sont généralement pas naturelles, comme la supraconductivité (La supraconductivité est un phénomène survenant dans certains matériaux dits supraconducteurs. Il est caractérisé par l'absence de résistance électrique et l'annulation du champ magnétique à l'intérieur du matériau (effet Meissner)....), la capacité de conduire de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...) sans résistance en-dessous d'une certaine température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...).

Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) ambitieux de six ans financé par l'UE et intitulé Q-MAC (Frontiers in Quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit « quanta » au pluriel) représente la plus petite mesure indivisible, que ce soit celle de...) Materials Control) a été lancé en 2013 et a déjà réalisé plusieurs progrès importants dans ce domaine. Les résultats contribueront à élargir les connaissances européennes sur la supraconductivité et aidera à développer de nouvelles applications industrielles comme les superordinateurs et les trains à sustentation magnétique.

Des supraconducteurs à plus hautes températures

L'équipe a, par exemple, montré que l'application de faisceaux lasers sur des supraconducteurs les faisait fonctionner à des températures plus élevées. Il s'agit d'une découverte importante étant donné que les supraconducteurs ne fonctionnent qu'à basse température, ce qui nécessite l'utilisation d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de...) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement...) ou d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments. Son point d'ébullition est le plus bas parmi...).

Les supraconducteurs sont utilisés dans de nombreux équipements et instruments de pointe comme les scanners médicaux, les circuits informatiques électroniques super-rapides et les trains utilisant des aimants supraconducteurs pour se déplacer sur les rails en évitant toute friction et tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) contact. Le développement de supraconducteurs fonctionnant à des températures plus élevées, ou même à température ambiante, pourrait aider à réduire les coûts en éliminant le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les...) de baisser la température et entraîner ainsi de nouvelles applications.

En se concentrant sur des matériaux composés d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué d'un noyau...) de potassium et de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) disposés en structures similaires à des balles, l'équipe du projet Q-MAC tentera de trouver d'autres supraconducteurs qui peuvent être forcés à fonctionner à des températures encore plus élevées. Les chercheurs concevront également de nouveaux méta-matériaux, des matériaux non naturels, qui offrent une supraconductivité optimisée.

Des supraconducteurs à haute température pour des applications pratiques

Un autre objectif est d'assurer la stabilité des supraconducteurs à haute température qui peuvent être exploités pour des applications pratiques. Il s'agit d'une démarche quelque peu complexe; la supraconductivité à haute température est une propriété délicate difficile à maintenir sur de longues périodes de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.).

Le défi est donc d'éviter que la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) ou tout autre facteur environnemental perturbe le système. Pour ce faire, l'équipe du projet s'est penchée sur la possibilité d'introduire une couche supplémentaire au système supraconducteur entre les couches de protection des matériaux spécialement conçus, ce qui permettra d'éliminer toute perturbation. Ces techniques expérimentales innovantes, associées à des simulations informatiques de pointe, seront testées.

L'équipe du projet a également découvert que des pulsations de rayons X ultra (ULTra (pour (en)« Urban Light Transport ») est un système de transport individuel de type Personal Rapid Transit (PRT), autrement dit un moyen de transport automatique collectif léger permettant de se...) courtes peuvent provoquer des vibrations au niveau des cristaux, déclenchant ainsi une modification des propriétés magnétique d'une couche atomiquement fine placée à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure,...). Cette couche d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également...) atomiquement fine possède des propriétés très différentes de sa forme brute.

Ainsi les structures d'oxydes complexes sont des instruments versatiles pour le développement de propriétés spécifiques pour les matériaux et les appareils. Ces méta-matériaux de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge)....) ultra-rapides pourraient entraîner de nouvelles perspectives dans les technologies de stockage magnétique.

En plus de la praticabilité, le projet Q-MAC se concentre sur le développement de meilleures connaissances théoriques du comportement des atomes et des électrons dans les matériaux quantiques. Le projet Q-MAC devrait s'achever en septembre 2019.

Pour plus d'informations voir: projet Q-MAC

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Source: CORIS-Europa