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Supraconductivité à température ambiante démontrée dans le graphite

Supraconductivité à température ambiante démontrée dans le graphite

Technologies |
Par Nick Flaherty, A Delapalisse



Des chercheurs suisses affirment avoir observé pour la première fois une supraconductivité à température ambiante dans du graphite, ce qui ouvre des perspectives en matière d’informatique quantique.

Cette recherche, publiée dans Advanced Quantum Technologies, fait état de la toute première observation de la supraconductivité à température ambiante (300 K) et à pression normale à l’aide de graphite pyrolytique en vrac.

La recherche a été menée par le professeur Valerii Vinokur, directeur de la technologie chez Terra Quantum en Suisse, avec le professeur Yakov Kopelevich et des coauteurs de l’Universidade Estadual de Campinas, de l’université de Pérouse et de SwissScientific Technologies.

Terra Quantum a breveté cette approche qui, selon Vinokur, pourrait être 100 fois plus efficace que les qubits supraconducteurs existants. Avant de rejoindre Terra Quantum en 2019, M. Vinokur a été scientifique principal au laboratoire national d’Argonne du ministère américain de l’énergie pendant 30 ans.

« Notre travail est une découverte expérimentale que l’humanité attendait depuis une centaine d’années, depuis la première observation de la supraconductivité dans le mercure », a déclaré M. Vinokur.

Le graphite pyrolytique est une forme manufacturée de graphite. Des chercheurs de l’Universidade Estadual de Campinas, dirigés par Kopelevich, ont utilisé du scotch pour découper ce graphite en fines feuilles. Ces feuilles étaient couvertes de réseaux denses de rides en lignes presque parallèles. La géométrie de ces rides permet aux électrons de s’apparier dans des structures qui permettent aux courants supraconducteurs de circuler le long des rides.

« Cette découverte faite par notre équipe scientifique et nos partenaires universitaires et industriels ouvre la voie à des avancées spectaculaires dans le domaine de la technologie supraconductrice. La supraconductivité à température ambiante ouvre la voie à des avancées transformatrices dans tous les secteurs », a déclaré Markus Pflitsch, fondateur et PDG de Terra Quantum.

« Imaginez des réseaux électriques presque sans perte d’énergie, révolutionnant notre approche du transport de l’électricité. Dans le domaine de la santé, des technologies IRM améliorées verront le jour, offrant une précision de diagnostic sans précédent. Les transports feront un bond en avant grâce à des trains à lévitation magnétique à grande vitesse et à faible consommation d’énergie. L’électronique entrera dans une nouvelle ère de miniaturisation et d’efficacité énergétique », a-t-il déclaré.

« Le domaine émergent de l’informatique quantique en bénéficiera énormément puisque les qubits qui ne fonctionnent aujourd’hui qu’à 10-20 mK pourront fonctionner à température ambiante », a ajouté M. Vinokur.

Cependant, plusieurs matériaux ont été proposés qui présentent une supraconductivité à température ambiante, mais celle-ci a été difficile à reproduire.

Le mécanisme conduisant à la supraconductivité le long des défauts unidimensionnels a été expliqué par C. A. Trugenberger, M. C. Diamantini et V. M. Vinokur.

Les fluctuations de contrainte à l’intérieur de ces défauts peuvent être décrites par des champs de jauge topologiques effectifs, qui transmettent un potentiel attractif amenant les électrons des gouttelettes dans les défauts à s’apparier et à se condenser selon le modèle de Bose.

La dimension très fine de ces gouttelettes conduit à un état fondamental très robuste pour ces paires. Les gouttelettes de condensat forment un réseau efficace de jonctions Josephson à la surface du graphite, qui gèle dans son état topologique de métal de Bose, avec une conduction résiduelle sur les bords formés par les défauts.

Sur ces défauts, les glissements de phase quantiques provoquent généralement une dissipation. Toutefois, en raison de la soudure dimensionnelle entre la surface bidimensionnelle et la masse tridimensionnelle, les glissements de phase quantiques ne sont que les extrémités des tourbillons de la masse qui se déplacent sur la surface. En raison de la très faible résistance de la masse, le mouvement de ces tourbillons est supprimé, de même que la dissipation induite par les glissements de phase quantique sur les défauts. Ces défauts deviennent alors supraconducteurs.

La recherche a été soutenue par la startup suisse Terra Quantum, qui propose des « services quantiques » dans trois domaines clés, des algorithmes à l’informatique quantique en passant par la sécurité quantique.

L’article complet est disponible à l’adresse suivante : onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/qute.202300230.

terraquantum.swiss

 

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