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Posté par Isabelle le Jeudi 29/08/2013 à 12:00
Une nouvelle transition dans un supraconducteur
Ce matin-là, une équipe de recherche en physique de l'Université de Sherbrooke travaillait sur un matériau supraconducteur qui présente des propriétés intrigantes. Elle avait décidé de voir comment réagirait le matériau sous l'application d'énormes pressions. La température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...) critique sous laquelle apparaît la supraconductivité (La supraconductivité est un phénomène survenant dans certains matériaux dits supraconducteurs. Il est caractérisé par l'absence de résistance électrique et...) diminuait en augmentant la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.), comme prévu, mais au-delà d'une certaine pression, la température critique s'est soudainement mise à monter. L'équipe a tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) de suite su, ce jour-là, qu'elle venait de faire une découverte complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité d'informations...) inattendue.

Un phénomène inédit

Louis Taillefer, professeur à la Faculté des sciences, est à la tête de cette équipe. "Il s'agit d'une observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) sans précédent, dit-il. On pense qu'il s'agit d'une transition entre deux types de supraconductivité, 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 mammifères qui englobe...) d'un même matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés...)."

Alors que la plupart des supraconducteurs, comme l'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.), le plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole...) ou les alliages de niobium qui servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) à 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...) par résonnance magnétique, adoptent un certain type de supraconductivité (disons type A), les oxydes supraconducteurs (qu'on appelle cuprates) sont d'un autre type (disons type B). Jusqu'ici, les recherches démontraient qu'un matériau ne présente qu'un seul type de supraconductivité: A ou B. Or, les travaux de l'équipe Taillefer sur un supraconducteur à base de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau...) (qu'on appelle pnictide) semblent révéler une première exception: "Nous pensons avoir découvert un matériau qui passe du type A au type B", souligne 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 métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent...).

Un supraconducteur est un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins. Les métaux sont un des...) qui transporte 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...) parfaitement sans aucune résistance, ce qui offre des possibilités technologiques exceptionnelles. Une température très basse, proche du zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture...) absolu (-273,15 °C), s'avère toutefois nécessaire. Pour arriver à trouver des supraconducteurs qui fonctionnent à la température de la pièce, il faut comprendre le fonctionnement des électrons dans la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...).

On explore ainsi principalement deux grandes familles de supraconducteurs à l'UdeS: les cuprates et les pnictides, qui détiennent le record des plus hautes températures critiques et qui sont donc les plus prometteurs. Louis Taillefer et son équipe tentent de comprendre les similitudes et les différences entre ces deux familles afin de pousser la température critique encore plus haut.

Force remplie de promesses

Au niveau microscopique, la supraconductivité est la formation de paires d'électrons. Pour que les électrons forment une paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :), une force doit les lier. Quelle est la nature de la force qui crée la supraconductivité dans les cuprates et les pnictides? Voilà la grande question. En arrivant à bien comprendre cette force, il deviendra possible d'améliorer la performance de ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.).

Pour y arriver, Louis Taillefer se joint à Andrew Millis, théoricien de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) Columbia qui travaille sur la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance...) de ces matériaux. Leur collaboration se fait par l'entremise de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) canadien de recherches avancées, dont ils sont tous deux membres depuis longtemps.

"Les travaux théoriques de Millis montrent bien que dans les pnictides il y a compétition entre les phases A et B", explique le chercheur du Département de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...). Le groupe de Taillefer en aurait fait la plus éclatante démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de...), ce qui lui a valu un article dans la revue Nature Physics en juin.

"Avant de publier, j'ai demandé à mon équipe de vérifier toute l'expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse et à obtenir des données quantitatives permettant de l'affiner. Elle est pratiquée par un ou des...) de fond en comble", souligne le professeur. C'est ainsi que Fazel Fallah Tafti, stagiaire postdoctoral, Alexandre Juneau-Fecteau, étudiant à la maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans plusieurs...), et Marie-Ève Delage (Delage est une marque automobile française fondée en 1905 par Louis Delage (1874-1947) à Levallois-Perret près de Paris et disparu en 1953 (rachetée par...), stagiaire coopérative, ont repris toutes les mesures expérimentales dans les moindres détails, sur plusieurs échantillons, dans toutes sortes de conditions différentes.

Au bout de six mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.), les résultats inhabituels se confirmaient. Et c'est à ce moment qu'une équipe américaine a affiché sur Internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services variés comme le courrier électronique, la messagerie...) une étude identique! "Mais par miracle, elle s'est arrêtée juste en-dessous de la pression nécessaire pour détecter la transition. Ouf!" s'exclame le chercheur sherbrookois.

Description des travaux de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique,...) (anglais): http://www.usherbrooke.ca/gnec/pj/louis ... gh_res.pdf
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