Des scientifiques dévoilent une percée qui pourrait transformer la transmission d’énergie

Des scientifiques ont découvert un moyen de transférer efficacement le courant électrique à travers des matériaux spécifiques à température ambiante, une découverte qui pourrait révolutionner la supraconductivité et remodeler la préservation et la génération d’énergie.

La percée tant recherchée repose sur l’application d’une haute pression à certains matériaux, forçant leurs électrons à se rapprocher et débloquant ainsi des comportements électroniques extraordinaires.

« Nos recherches explorent comment les électrons interagissent à l’intérieur des matériaux solides – des interactions qui donnent lieu à des phénomènes remarquables tels que la supraconductivité à haute température et les ondes de densité de charge (ODC) », a déclaré le Dr Mahmoud Abdel-Hafiez, professeur associé de physique à l’Université de Sharjah. « Ces effets sont importants car ils influencent l’efficacité avec laquelle l’électricité peut se déplacer à travers un matériau, et ils ont le potentiel de transformer les technologies futures. »

Dans la plupart des matériaux, les électrons se déplacent indépendamment. Cependant, dans certains matériaux, ils interagissent collectivement, produisant de nouveaux comportements puissants. « Nous voulions comprendre comment ces interactions changent lorsque le matériau est placé sous haute pression – lorsque les électrons sont forcés de se rapprocher », a expliqué le Dr Abdel-Hafiez, auteur principal de l’étude.

Publiée dans la revue Physical Review Letters, l’étude révèle que le comportement des ODC non seulement se renforce sous une pression extrême mais peut aussi émerger à température ambiante, une découverte rare et passionnante, selon les auteurs. Cette constatation contraste fortement avec ce qui est généralement observé dans d’autres matériaux bidimensionnels, où les ODC s’affaiblissent sous pression.

« Notre découverte ouvre la porte à de nouvelles possibilités en science des matériaux. Le point clé est que les électrons à l’intérieur de certains matériaux peuvent se comporter de manière surprenante et puissante lorsque le matériau est placé sous haute pression », a souligné le Dr Abdel-Hafiez. « Au lieu de s’affaiblir, un motif électronique important appelé ODC devient plus fort et peut même exister à température ambiante. C’est inhabituel car, dans presque tous les matériaux similaires, les ODC disparaissent lorsque la pression est appliquée. »

Des scientifiques d’universités et d’institutions scientifiques de premier plan en Allemagne, Suède, Inde, Japon, Italie, Égypte, Qatar, Taïwan et aux Émirats Arabes Unis ont contribué à cette étude révolutionnaire qui pourrait ouvrir la voie aux technologies de nouvelle génération, de la transmission d’énergie ultra-efficace aux dispositifs quantiques avancés.

Ces résultats sont significatifs car le renforcement de ces interactions électroniques rapproche la société de percées transformatrices, notamment les supraconducteurs à température ambiante et les systèmes électroniques ultra-efficaces. La recherche démontre que pousser les matériaux dans des conditions extrêmes peut révéler des comportements cachés susceptibles d’améliorer les technologies de demain.

« Cette découverte suscitera un intérêt scientifique considérable », a affirmé le Pr Olle Eriksson, professeur de théorie des matériaux à l’Université d’Uppsala en Suède et président du Comité du Prix Nobel de Physique. « Des techniques telles que la spectroscopie par résonance de muons, la diffusion de neutrons et l’ARPES seront essentielles pour comprendre pleinement pourquoi l’onde de densité de charge devient si robuste – même à température ambiante. »

Le renforcement du comportement électronique sous pression suggère de nouvelles possibilités pour les technologies futures. Si la science parvient à contrôler ces interactions matérielles – une percée que cette étude prouve réalisable – le monde se rapprochera du développement de matériaux qui conduisent l’électricité avec peu ou pas de perte d’énergie, et de dispositifs qui fonctionnent plus rapidement et plus efficacement que jamais.

Dans l’ensemble, la recherche montre qu’en poussant les matériaux dans des conditions extrêmes, les scientifiques peuvent révéler des comportements entièrement nouveaux qui étaient auparavant cachés – des découvertes qui pourraient jouer un rôle dans la prochaine génération de technologies électroniques et énergétiques.

« Ce résultat est remarquable car il remet en question notre compréhension actuelle du comportement de l’ordre électronique sous pression », a indiqué le Pr Rüdiger Klingeler de l’Université de Heidelberg en Allemagne. « Observer une onde de densité de charge qui non seulement survit mais se renforce jusqu’à la température ambiante ouvre des voies entièrement nouvelles pour explorer les systèmes d’électrons corrélés. C’est une découverte qui motivera sans aucun doute de nouvelles études expérimentales et théoriques dans tout le domaine. »

Les résultats pourraient avoir des implications profondes tant pour l’industrie que pour la société, indiquant la voie vers des matériaux capables de gérer l’électricité plus efficacement.

 « Si des comportements électroniques comme les ondes de densité de charge peuvent exister à température ambiante, comme le suggère notre étude, cela pourrait conduire à des dispositifs qui consomment beaucoup moins d’énergie et génèrent moins de chaleur. Cela signifie des appareils électroniques à plus longue durée de vie, des coûts d’électricité réduits et un impact environnemental moindre », a ajouté le Dr Abdel-Hafiez.

« Les résultats laissent également entrevoir des progrès vers des technologies futures telles que des systèmes d’alimentation hautement efficaces ou des dispositifs informatiques plus rapides. Les industries travaillant sur l’électronique avancée, les technologies de communication et l’énergie propre pourraient bénéficier de matériaux qui fonctionnent mieux dans des conditions quotidiennes. »

À long terme, comprendre comment contrôler ces comportements électroniques pourrait rapprocher la société de percées comme les supraconducteurs à température ambiante, ce qui transformerait tout, des réseaux électriques aux transports.

La recherche démontre que les ondes de densité de charge peuvent se renforcer à température ambiante sous pression, une découverte qui pointe vers la création de matériaux pouvant fonctionner plus efficacement sans nécessiter des températures extrêmement basses, rendant les technologies électroniques avancées plus faciles et plus rentables à déployer.

« Une application concrète est la conception de dispositifs électroniques plus rapides et plus économes en énergie. Si les matériaux peuvent naturellement contrôler le flux d’électrons à température ambiante, les ordinateurs, les capteurs et les systèmes de communication pourraient fonctionner avec moins de puissance et produire moins de chaleur. Cela aiderait à prolonger la durée de vie des batteries et à réduire la consommation d’énergie des appareils du quotidien », a précisé le Dr Abdel-Hafiez.

« Une autre application potentielle réside dans les systèmes d’alimentation de nouvelle génération. Comprendre et contrôler le comportement des électrons pourrait nous rapprocher de technologies comme les supraconducteurs à température ambiante, qui pourraient permettre à l’électricité de parcourir de longues distances sans aucune perte d’énergie. Cela révolutionnerait les réseaux électriques, réduirait les coûts et soutiendrait des solutions énergétiques plus propres et durables. » 

Article : Anomalous Pressure Dependence of the Charge Density Wave and Fermi Surface Reconstruction in BaFe2⁢Al9 – Journal : Physical Review Letters – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude