Des scientifiques ont découvert un supraconducteur pionnier doté d'interrupteurs marche-arrêt

Ces matériaux ont des applications potentielles dans les circuits supraconducteurs destinés à l'électronique industrielle de nouvelle génération.

Les chercheurs ont utilisé une source de photons avancée pour étudier les propriétés rares de ce matériau, ouvrant ainsi la voie à un calcul plus efficace à grande échelle.

À mesure que les besoins informatiques industriels augmentent, la taille et la consommation électrique du matériel nécessaire pour répondre à ces besoins augmentent également. Une solution potentielle à ce dilemme réside dans les matériaux supraconducteurs, qui peuvent réduire considérablement la consommation d’énergie. Imaginez refroidir un centre de données géant rempli de serveurs fonctionnant presque en permanence Zéro absolupermettant d'effectuer des calculs à grande échelle avec une efficacité énergétique étonnante.

Percée dans la recherche sur la supraconductivité

Des physiciens de l'Université de Washington et du Laboratoire national Argonne du Département américain de l'énergie ont fait une découverte qui pourrait contribuer à rendre possible cet avenir plus efficace. Les chercheurs ont découvert un matériau supraconducteur particulièrement sensible aux stimuli externes, permettant d’améliorer ou de supprimer les propriétés supraconductrices à volonté. Cela ouvre de nouvelles opportunités pour les circuits supraconducteurs commutables et économes en énergie. Le document a été publié dans Avancement de la science.

La supraconductivité est une phase de la mécanique quantique dans laquelle un courant électrique peut traverser un matériau sans résistance. Il en résulte une efficacité de transfert électronique optimale. Les supraconducteurs sont utilisés dans les électroaimants les plus puissants pour des technologies avancées telles que l’imagerie par résonance magnétique, les accélérateurs de particules, les réacteurs à fusion et même les trains aériens. Des utilisations de supraconducteurs ont également été trouvées dans… Statistiques quantitatives.

Défis et innovations dans les technologies de supraconductivité

L'électronique d'aujourd'hui utilise des transistors semi-conducteurs pour activer et désactiver rapidement les courants électriques, créant ainsi les diodes et les zéros utilisés dans le traitement de l'information. Étant donné que ces courants doivent traverser des matériaux ayant une résistance électrique limitée, une partie de l’énergie est gaspillée sous forme de chaleur. C'est pourquoi votre ordinateur chauffe avec le temps. Les basses températures nécessaires à la supraconductivité sont généralement supérieures à 200 degrés F En dessous du point de congélation, ce matériau n'est pas pratique pour les appareils portatifs. Cependant, cela peut être utile au niveau industriel.

L'équipe de recherche dirigée par Chua Sanchez de Université de Washington, étudiant un matériau supraconducteur inhabituel doté d'une accordabilité exceptionnelle. Ce cristal est constitué de feuilles plates d’atomes d’europium magnétiques pris en sandwich entre des couches supraconductrices d’atomes de fer, de cobalt et d’arsenic. Selon Sanchez, la combinaison du ferromagnétisme et de la supraconductivité dans la nature est extrêmement rare, une phase l'emportant généralement sur l'autre.

« C'est en fait une situation très inconfortable pour les couches supraconductrices, car elles sont percées par les champs magnétiques des atomes d'europium environnants », a déclaré Sánchez. « Cela affaiblit la supraconductivité et entraîne une résistance électrique limitée. »

Techniques et résultats de recherche avancés

Pour comprendre l'interaction entre ces phases, Sanchez a passé un an en tant que résident dans l'une des principales sources de lumière à rayons X du pays, l'Advanced Photon Source (APS), une installation utilisateur du DOE Office of Science à Argonne. Pendant son séjour, il a reçu le soutien du programme de recherche pour étudiants diplômés en sciences du ministère de l'Énergie. En collaboration avec des physiciens des lignes de lumière APS 4-ID et 6-ID, Sanchez a développé une plateforme de caractérisation complète capable d'examiner les détails microscopiques de matériaux complexes.

En utilisant une combinaison de techniques de rayons X, Sanchez et ses collaborateurs ont pu montrer que l'application d'un champ magnétique au cristal pouvait rediriger les lignes de champ magnétique de l'europium pour qu'elles soient parallèles aux couches supraconductrices. Cela élimine leurs effets antagonistes et aboutit à un état de résistance nulle. Grâce à des mesures électriques et à des techniques de diffusion des rayons X, les scientifiques ont pu confirmer leur capacité à contrôler le comportement de la matière.

« La nature des facteurs indépendants qui contrôlent la supraconductivité est si fascinante qu'on peut tracer un moyen complet de contrôler cet effet », a déclaré Philip Ryan d'Argonne, co-auteur de l'article. « Cette possibilité soulève de nombreuses idées fascinantes, notamment la capacité de réguler la sensibilité du champ des dispositifs quantiques. »

L’équipe a ensuite appliqué des pressions sur le cristal pour obtenir des résultats intéressants. Ils ont découvert que la supraconductivité pouvait être suffisamment renforcée pour vaincre le magnétisme même sans redirection de champ, ou suffisamment affaiblie pour que la réorientation magnétique ne puisse pas produire un état de résistance nulle. Ce paramètre supplémentaire permet de contrôler et de personnaliser la sensibilité du matériau au magnétisme.

« Ce matériau est passionnant car il existe une concurrence intense entre plusieurs phases et, en appliquant une petite pression ou un petit champ magnétique, vous pouvez promouvoir une phase par rapport à l'autre pour activer et désactiver la supraconductivité », a déclaré Sanchez. « La grande majorité des supraconducteurs ne sont pas aussi facilement convertibles. »

Référence : « Supraconductivité induite par un champ commutable » par Joshua J. Sanchez, Gilberto Fabres, Youngseong Choi, Jonathan M. DeStefano, Elliott Rosenberg, Yue Shi, Paul Malinowski, Yina Huang, Igor Mazin, Jung-Woo Kim, Jeon-Hao Cho et Philip J. Ryan, 24 novembre 2023, Avancement de la science.
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