Des chercheurs ont réussi à synthétiser des films minces de haute qualité de Tantalate de Potassium (KTaO3), un matériau récemment identifié comme supraconducteur. Le matériel maintient ses propriétés supraconductrices même sous l’effet de champs magnétiques intenses, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour le monde technologique.
La supraconductivité désigne la capacité d’un matériau à transporter de l’électricité sans aucune résistance – évitant ainsi toute dissipation d’énergie sous forme de chaleur, par exemple. Les matériaux supraconducteurs ouvrent la voie à diverses technologies plus performantes, comme des composants d’ordinateur plus rapides ou des dispositifs d’alimentation plus économes en énergie. Toutefois, la supraconductivité est confrontée à des obstacles significatifs.
Un défi majeur est que de nombreux matériaux supraconducteurs perdent leurs propriétés lorsqu’ils sont exposés à des champs magnétiques, limitant ainsi leurs applications potentielles.
Le Tantalate de Potassium: un supraconducteur prometteur
« Les résultats de notre travail sont essentiels car nous avons non seulement réussi à fabriquer du KTaO3 de haute qualité, mais nous avons aussi prouvé que ce matériau peut résister à des champs magnétiques importants sans perdre ses propriétés », affirme Kaveh Ahadi, auteur principal des trois articles sur le sujet et professeur assistant en science et ingénierie des matériaux à l’Université de Caroline du Nord.
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La synthèse de KTaO3 de haute qualité
Les chercheurs ont réussi à « cultiver » du KTaO3 en utilisant une technique appelée épitaxie par jet moléculaire. Cette méthode permet de créer des films minces 2D du matériau sur un substrat en superposant des couches de molécules avec une précision au niveau atomique. Ces films minces obtenus présentent une très haute qualité, c’est-à-dire que la structure moléculaire du matériau a très peu de défauts.
« Ces films minces de haute qualité sont une plateforme idéale pour étudier les propriétés intrinsèques de ce système de matériaux », déclare le Pr. Ahadi.
Quel avenir pour le KTaO3 ?
Une étude de caractérisation a révélé que les films minces de KTaO3 restaient supraconducteurs lorsqu’ils étaient exposés à des champs magnétiques allant jusqu’à 25 Tesla. Pour donner un contexte, le seul endroit aux États-Unis capable de générer un champ magnétique de 25 Tesla est le National High Magnetic Field Laboratory, où l’équipe a testé le matériau.
« La communauté de recherche en est encore aux premières étapes de la compréhension de la supraconductivité dans le KTaO3, et encore moins à l’identification des applications pour le matériau. Notre travail identifie non seulement une qualité attrayante qui le distingue des autres supraconducteurs 2D, mais fournit également un plan pour la création de films minces de KTaO3 bien adaptés pour réaliser la recherche nécessaire pour comprendre les propriétés intrinsèques de ce système de matériaux », conclut le Pr. Ahadi.
En synthèse
Le travail des chercheurs sur le Tantalate de Potassium (KTaO3) ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine de la supraconductivité. La capacité à synthétiser des films minces de haute qualité de ce matériau, et la résilience de celui-ci face à des champs magnétiques intenses, suggèrent de nombreuses applications potentielles dans le monde technologique.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un supraconducteur ?
Un supraconducteur est un matériau qui peut transporter de l’électricité sans aucune résistance.
Qu’est-ce que le Tantalate de Potassium (KTaO3) ?
Le KTaO3 est un matériau récemment découvert comme supraconducteur, capable de résister à des champs magnétiques importants sans perdre ses propriétés.
Qu’est-ce que l’épitaxie par jet moléculaire ?
C’est une technique qui permet de créer des films minces d’un matériau en superposant des couches de molécules avec une précision atomique.
« Champ critique amélioré de la supraconductivité à une interface d’oxyde »
Auteurs : Athby H. Al-Tawhid, Samuel J. Poage, Antonio Gonzalez, Divine P. Kumah et Kaveh Ahadi, North Carolina State University ; Salva Salmani-Rezaie et David A. Muller, Cornell University ; Shalinee Chikara, National High Magnetic Field Laboratory ; Maria N. Gastiasoro, Donostia International Physics Center ; et José Lorenzana, Université Sapienza de Rome.
Publiés : 27 juillet, Nano Letters / DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01571
