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Posté par Adrien le Mardi 16/02/2010 à 00:00
Découverte majeure sur les supraconducteurs: bientôt à température ambiante ?
Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Louis Taillefer, de l’Université de Sherbrooke, a résolu un mystère qui perdurait depuis plus de 10 ans sur le comportement des électrons au sein des matériaux supraconducteurs à haute température. Dans une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) mystérieuse, appelée pseudogap, les électrons s’orienteraient spontanément selon une direction préférentielle. Cette découverte fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.), publiée le 28 janvier dans la revue Nature, élimine un obstacle majeur pour le développement des matériaux supraconducteurs.

Les supraconducteurs sont des matériaux qui conduisent l'électricité sans résistance. Ils sont extrêmement prometteurs sur le plan de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :), notamment pour le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des actions de...) d'énergie, les trains à sustentation magnétique, l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression...) médicale magnétique, les communications sans fil, l'informatique quantique (L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des ordinateurs quantiques utilisant des phénomènes de la mécanique quantique, par opposition à ceux de...) et de nombreuses autres applications connexes. Les recherches du professeur Louis Taillefer ont d’ailleurs reçu un appui majeur cette année grâce à une subvention (Une subvention est une aide financière, c’est-à-dire une somme d’argent, qui est allouée par une institution publique ou privée à une...) de près de 10 M$ de la Fondation canadienne pour l’innovation, du gouvernement du Québec et des divers partenaires publics et privés.

Une nouvelle piste vers des matériaux supraconducteurs à température ambiante

L’équipe du Département de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) de la Faculté des sciences a mené une expérience qui démontre l’existence d’un état électronique dont les propriétés diffèrent selon la direction considérée (anisotropie) dans la phase pseudogap. «Nous avons observé la brisure de la symétrie de rotation. Cela révèle la présence d’une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une...) microscopique qui oriente les électrons et qui pourrait être à l’origine de la supraconductivité», affirme le professeur Louis Taillefer.

Dans la compréhension de ces matériaux, cette avancée ouvre une nouvelle piste pour mettre au point (Graphie) des matériaux supraconducteurs qui pourraient, un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant...), fonctionner à la température ambiante alors qu’actuellement ils doivent être refroidis à des températures inférieures à -100 °C, ce qui nécessite d’imposants systèmes calorifiques.

Louis Taillefer décrit le comportement des électrons dans cette phase par analogie avec celui des spectateurs lors d’un concert en plein air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de...): «Avant que la scène soit éclairée, le public est dispersé dans le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) et orienté dans tous les sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du...). Dès que la scène s’illumine, chaque spectateur se tourne vers la scène. On constate alors l’apparition d’une orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points...) préférentielle dans la foule, adoptée spontanément et collectivement sans qu’il y ait des sièges pour l’imposer.»

Pour observer cette orientation électronique préférentielle de la phase pseudogap, l’équipe de Sherbrooke a mesuré l’effet Nernst sur des cristaux supraconducteurs très purs préparés par une équipe de l'Université de Colombie-Britannique. «Nous avons placé deux faces opposées du cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon...) à des températures différentes, explique le professeur Taillefer. Cette différence de température (gradient thermique) a alors généré un déplacement des électrons, et nous avons ajouté un champ magnétique perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire vient du latin per-pendiculum (fil à plomb)...) qui fait courber la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) des électrons et permet de mesurer une tension (La tension est une force d'extension.) électrique transverse. L’effet Nernst, c’est le rapport de la tension sur le gradient thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes...). Cette mesure dans une direction s’est avérée très différente de la même mesure dans la direction perpendiculaire, ce qui a prouvé qu’il existe une direction préférentielle au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des...) du matériau», précise le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le...).

Louis Taillefer est fasciné par la grande question soulevée par cette découverte: «En quoi l’orientation préférentielle des électrons peut-elle favoriser la supraconductivité?» Et dans l’avenir, «pourrons-nous optimiser la force directionnelle microscopique pour pousser la supraconductivité jusqu’à la température ambiante?», s’interroge le chercheur.

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Source: Communiqué de l'Université de Sherbrooke