À haute pression, l’hydrogène devient métallique. L’ajout d’atomes de soufre peut alors le transformer en un matériau supraconducteur. Nous le savions déjà, mais la nouveauté est que les chercheurs ont maintenant réussi à obtenir cet état presque à température ambiante, 15 ° C, en y ajoutant également du carbone. Seul bémol à ce succès sans précédent avec un supraconducteur, le sulfure d’hydrogène carboné doit être maintenu à une pression de plusieurs millions d’atmosphères.

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[EN VIDÉO] Supraconductivité: les secrets de la lévitation quantique
Il est difficile de ne pas être fasciné par la supraconductivité. Cette propriété quantique qui, entre autres prouesses, fait léviter des objets, est aujourd’hui au centre d’un grand nombre de recherches de pointe. Voici un aperçu vidéo des plus belles lévitations quantiques.

Imaginez un monde dans lequel Diagnostique soins médicaux précoces pour tumeurs et le Accident vasculaire cérébral obtenu avec un IRM ils sont aussi faciles à fabriquer et populaires que ceux produits par ultrason ou avec radiographie classique. Imaginez un monde où le transport dePuissance l’électricité se fait sans pertes – ce qui contribuerait à une transition écologique en douceur – et où vous pourrez rejoindre Pékin, par exemple, depuis Kiev (en Ukraine) en une heure seulement grâce à trains hypersoniques en lévitation magnétique circuler dans des tubes à vide. Imaginez enfin un monde où les tokamaks sont aimés Iter il serait également rendu plus efficace grâce à aimants révolutionnaires.

Un tel monde, dans lequel une nouvelle révolution de l’électronique aurait pu prendre forme même avec des appareils moins énergivores et plus efficaces, serait possible si nous découvrions des matériaux supraconducteurs à température et pression de plus, ils sont faciles et peu coûteux à fabriquer, malgré leur robustesse mécanique et chimique.

Nous vivons dans une société de semi-conducteurset avec ce type de technologie, vous pouvez amener la société dans une société supraconductrice où vous n’avez plus besoin de choses comme les piles. », Déclare à ce sujet Ashkan Salamat de l’Université du Nevada à Las Vegas, co-auteur avec Ranga Dias de l’Université de Rochester et d’autres collègues d’un article prometteur et sensationnel qui vient d’être publié par le journal La nature.

Cette vidéo explique simplement, en images animées à l’aide de la “Petite Voix”, ce qu’est le phénomène de supraconductivité et les propriétés des matériaux supraconducteurs: absence de résistance électrique, phénomène de lévitation … Une vidéo coproduite avec Le sorcier spirituel. © CEA Recherche

La supraconductivité à température ambiante, la piste du sulfure d’hydrogène

le physique en effet nous annonçons que nous avons obtenu une phase supraconductrice dans un composé simple basé sur Sulfure d’hydrogène H.2S qui a été mélangé avec du méthane CH4. Le record de température a été battu depuis température critique en dessous de laquelle cette phase est obtenue, où l’électricité peut circuler sans résistance grâce aux effets quantiques, n’est que de 15 ° C!

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Mais tout n’est pas rose pour tout cela en raison des pressions nécessaires pour obtenir le supraconductivité ils sont de l’ordre de 2,6 millionsatmosphères. Pour le moment, ce n’est donc qu’une curiosité de laboratoire. Cependant, on peut penser que c’est un encouragement supplémentaire à aller sur la piste des supraconducteurs. exotique cela permettrait les révolutions technologiques évoquées ci-dessus.

Pour obtenir une traduction française assez précise, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur “Sous-titres” et enfin sur “Traduire automatiquement”. Choisissez “Français”. © Université de Rochester

Cet exploit n’est pas entièrement une surprise et donne en effet davantage d’espoir. Pour comprendre cela, rappelons d’abord que le supraconductivité a été découvert il y a plus de 100 ans, le 8 avril 1911. Il a fasciné de nombreux physiciens, tels que Vitaly Ginzburg est Pierre-Gilles de Gennes, et a abouti à l’attribution de plusieurs prix Nobel comme celui de Lev Landau.

Il s’avère qu’en 1935 un autre lauréat du prix Nobel physique d’origine hongroise, Eugène Wigner, avait sa célèbre prédiction de l’existence d’une phase métallique à haute pressionhydrogène, avec son collègue le physicien américain Hillard Bell Huntington. Depuis la fin des années 1960, un célèbre physicien de solide, le britannique Neil William Ashcroft, arrive à la conclusion que non seulement l’hydrogène métallique peut être un supraconducteur, mais qui pourrait le rester dans des conditions de températures et de pressions ambiantes car il métastable.

N’oubliez pas que le diamant est un exemple bien connu du phénomène de métastabilité car il est obtenu à partir de graphite conduit initialement à des pressions et des températures élevées, comme celles qui prévalent sur plus de 150 kilomètres à l’intérieur des terres Terres. Cependant, il reste comme un diamant à la surface de la terre, même des milliards d’années après sa formation, à moins qu’il ne soit réchauffé à des températures élevées.

À la recherche d’un supraconducteur métastable à température ambiante

La recherche de ce Saint Graal de l’hydrogène métallique supraconducteur à température ambiante est en cours depuis un certain temps et, début 2020, une étape importante avait été franchie sur cette voie. Futura a expliqué cela dans un article précédent à l’annonce du succès d’une équipe française composée de Paul Loubeyre et Florent Occelli, deux chercheurs du CEA (Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives) et Paul Dumas, chercheur émérite de l’Institut de Chimie CNRS, détaché auprès du Synchrotron Soleil.

Leurs résultats, également publiés dans la revue scientifique La nature, en fait, il s’agissait pour la première fois de l’obtention d’une phase métallique d’hydrogène et d’une manière qui semble incontestable aux trois chercheurs. Dans son entretien, Florent Occelli nous expliquait à l’époque que, d’une part, lui et ses collègues avaient obtenu de l’hydrogène moléculaire et pas encore leur propre hydrogène métallique mais que de plus ils n’étaient pas encore à prouver qu’il était supraconducteur.

Lorsqu’on lui a demandé de confirmer qu’il existait effectivement des composés à base d’hydrogène supraconducteurs à haute pression, le physicien a répondu: ” Oui, comme le sulfure d’hydrogène (H.2S) et en particulier l’hydrure de lanthane (LaHdix) mais ces composés ne sont pas métastables et ne restent donc pas supraconducteurs à pression ambiante. Nous avons des raisons de croire qu’au moins un composé est nécessaire binaire avec de l’hydrogène, c’est-à-dire des hydrures métalliques avec au moins deux types d’éléments métalliques associés les atomes d’hydrogène. Il s’agit d’une voie de recherche actuellement à l’étude, surtout parce que les hydrures déjà obtenus sont supraconducteurs à des pressions inférieures à celles de l’hydrogène métallique et qui sont aujourd’hui assez faciles à produire. “.

Les physiciens américains ont procédé comme dans le cas de leurs confrères français à faire leur découverte, précisément avec un composé binaire d’hydrogène qu’ils ont compressé avec une presse à enclume en diamant.

La supraconductivité du sulfure d’hydrogène à 190 K. pourrait être expliquée

Article de Laurent Sacco publié le 25/04/2015

À haute pression, l’hydrogène devient métallique. L’ajout d’atomes de soufre peut alors le transformer en Matériel supraconducteur, une propriété que le sulfure d’hydrogène semblait maintenir jusqu’à une température de 190 Kelvin. Ce qui suggérait qu’il contenait peut-être la clé de l’énigme de cuprates. Mais ce n’est pas le cas …

Il y a près de 30 ans, lorsque les premiers supraconducteurs à température critique élevée ont été découverts, on espérait qu’il y aurait des progrès rapides tant théoriquement que pratiquement dans le sens de la création de matériaux supraconducteurs à température ambiante. Malheureusement, le supraconducteurs exotiques quels sont les cuprates ils gardent toujours jalousement leurs secrets. Cependant, on sait que, contrairement aux supraconducteurs conventionnels, les paires de Cooper qui y sont formées ne proviennent pas d’un mécanisme bien compris dans le contexte de Théorie BCS.

Plusieurs stratégies sont à l’étude pour résoudre le casse-tête des cuprates et, dans l’intervalle, d’autres types de supraconducteurs exotiques ont été découverts, comme ceux de fermions lourds. Le record de température élevée pour les cuprates est de 164 Kelvin (K). Cependant, pour arriver à ce résultat, une haute pression doit être exercée car, à pression ambiante, elle n’est que de 133 K. Récemment, un groupe de chercheurs a obtenu un résultat intéressant en compressant de simples 150 GPa. Sulfure d’hydrogène (H.2S).

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Le sulfure d’hydrogène imposerait des oscillateurs quantiques anharmoniques

Les théoriciens, bien sûr, se sont immédiatement penchés sur la question. Il s’agit d’un système physique simple et de telles températures critiques élevées ne sont généralement rencontrées qu’avec des supraconducteurs qui ne sont pas décrits par la théorie BCS. Il pourrait donc s’agir d’un fichier fenêtre sur les mécanismes de la supraconductivité exotique. Mais une équipe internationale de chercheurs britanniques, canadiens, chinois, espagnols et français vient de publier sur arXiv un article qui suggère que ce n’est pas le cas.

Pour arriver à cette conclusion, les physiciens ont, comme il se doit, utilisé les lois de la physique quantique. Ils ont commencé par établir que le sulfure d’hydrogène perdait sa stabilité à haute pression et que H.2S est devenu un matériau HS2 ou un solide cristallin à base de H3S qui forme un réseau cubique (les deux composés prennent en fait une forme métallique aux hautes pressions étudiées). Ils ont ensuite démontré que cette dernière forme était bien capable de présenter une phase supraconductrice à une température critique élevée supérieure à 200 GPa.

Comme dans le cadre de la théorie BCS, les paires de Cooper se forment sous l’effet des interactions de électrons avec le phonons de réseau cristallin, à savoir les analogues de photons pour le les ondes sonores dans des réseaux de solides cristallisés. Mais, dans le cas présent, le modèle simple d’un oscillateur harmonique pour décrire les petits les vibrations les atomes d’hydrogène autour de leur position d’équilibre ne suffisent plus. Nous devons envisager un modèle d’oscillateur plus complexe avec des vibrations dites anharmoniques.

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