Des scientifiques de l’université de Warwick ont démontré qu’un matériau traité depuis 40 ans comme un supraconducteur uniforme, tel que décrit dans les manuels, est en réalité une mosaïque de structures cristallines différentes dans toute sa masse, grâce à l’une des toutes dernières techniques d’imagerie 3D, qui permet d’observer pour la première fois les profondeurs du cristal.
La supraconductivité à haute température est largement considérée comme l’une des découvertes scientifiques les plus importantes des 40 dernières années. Elle promet des technologies fondées sur une électricité circulant avec une résistance nulle et des aimants bien plus puissants que tout ce qui est possible aujourd’hui, et sous-tend les recherches sur les réseaux électriques du futur, les scanners médicaux et les ordinateurs quantiques.
L’étude, publiée dans Physical Review Letters et dirigée par des chercheurs du département de chimie de l’université de Warwick, en collaboration avec l’Installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF) en France, a exploré l’intérieur d’un type de supraconducteur appelé cuprate, un matériau à base de cuivre capable de transporter l’électricité sans résistance à des températures inhabituellement élevées (quoique encore très basses).
Depuis 40 ans, la plupart des théories sur le fonctionnement des cuprates partaient du principe que leur structure cristalline était identique d’un bout à l’autre. En utilisant une technique appelée diffraction des rayons X en 3D par balayage, qui fonctionne un peu comme un scanner médical, mais appliqué à l’agencement des atomes à l’intérieur d’un cristal, l’équipe a pu construire pour la première fois une image en trois dimensions de l’intérieur du matériau.
Ce qu’ils ont découvert est un cristal divisé en régions présentant deux agencements atomiques subtilement différents, séparés par des frontières des centaines de fois plus larges que ce que quiconque s’attendait à observer entre deux structures cristallines. Ces frontières étaient si larges qu’elles se comportaient presque comme une structure à part entière, plutôt que comme une simple ligne de séparation.
Le professeur Mark Senn, du département de chimie de l’université de Warwick, qui a dirigé l’étude, a déclaré : « Depuis quarante ans, l’hypothèse de travail était que ces matériaux étaient identiques d’un bout à l’autre, et la quasi-totalité de la théorie repose sur cette image. Nous avons démontré qu’elle ne tient pas. Le cristal est fondamentalement structuré en mosaïque et texturé, avec des régions frontières inhabituellement larges qui agissent vraisemblablement contre la supraconductivité plutôt que de simplement coexister avec elle.
« Cela pourrait expliquer pourquoi certains matériaux donnent de meilleurs résultats que d’autres, et signifie que certaines mesures globales existantes devront être réinterprétées et que de futurs modèles théoriques devront être construits en intégrant cette complexité structurale. »
L’équipe estime que ce type de structure cachée est probablement courant dans l’ensemble de la grande famille des supraconducteurs cuprates, et possiblement dans d’autres matériaux apparentés explorés pour la supraconductivité sous pression extrême. Ils voient également dans la méthode elle-même, rendue possible par une récente mise à niveau de 150 millions d’euros de l’ESRF, une avancée majeure : elle ouvre la possibilité d’observer en 3D l’intérieur d’une vaste gamme de matériaux, avec un niveau de détail jusque-là inédit, afin de comprendre comment leur structure interne façonne leur comportement.
Article : ‘Giant Domain Walls and Intrinsic Heterogeneity in 214 Cuprate Superconductors – Journal : Physical Review Letters – Méthode : Experimental study / (Grandes parois de domaine et hétérogénéité intrinsèque dans les supraconducteurs cuprates 214), est publié dans Physical Review Letters. DOI : 10.1103/r62x-kt5j
Source : Warwick U.
