La chimie du solide a produit une multitude de matériaux dotés de propriétés que l’on ne trouve pas dans la nature. Par exemple, la supraconductivité à haute température des composés d’oxyde de cuivre appelés cuprates est radicalement différente de la supraconductivité des métaux et alliages naturels et est souvent qualifiée de non conventionnelle. Une supraconductivité non conventionnelle se retrouve également dans d’autres composés synthétiques, tels que les supraconducteurs à base de fer et à fermions lourds. Physiciens à Laboratoire national Ames ont trouvé des preuves convaincantes d’une supraconductivité non conventionnelle dans des échantillons synthétiques de Rh17S15, que l’on trouve également dans la nature sous forme de minéral. miassite.
La miassite est l’un des quatre minéraux présents dans la nature qui agissent comme un supraconducteur lorsqu’ils sont cultivés en laboratoire et le seul minéral connu à ce jour qui révèle une supraconductivité non conventionnelle sous sa forme synthétique propre. Crédit image : Paul Canfield.
On parle de supraconductivité lorsqu’un matériau peut conduire l’électricité sans perte d’énergie.
Les supraconducteurs ont des applications notamment dans les appareils d’IRM médicale, les câbles d’alimentation et les ordinateurs quantiques.
Les supraconducteurs conventionnels sont bien connus mais ont de faibles températures critiques.
La température critique est la température la plus élevée à laquelle un matériau agit comme supraconducteur.
Dans les années 1980, les scientifiques ont découvert des supraconducteurs non conventionnels, dont beaucoup ont des températures critiques beaucoup plus élevées.
“Tous ces matériaux sont cultivés en laboratoire”, a déclaré Ruslan Prozorov, chercheur au Laboratoire national Ames.
“Ce fait a conduit à la croyance générale selon laquelle la supraconductivité non conventionnelle n’est pas un phénomène naturel.”
“Il est difficile de trouver des supraconducteurs dans la nature car la plupart des éléments et composés supraconducteurs sont des métaux et ont tendance à réagir avec d’autres éléments, comme l’oxygène.”
“La miassite est un minéral intéressant pour plusieurs raisons, dont sa formule chimique complexe.”
« Intuitivement, vous pensez que c’est quelque chose qui est produit délibérément lors d’une recherche ciblée et qui ne peut pas exister dans la nature. Mais il s’avère que c’est le cas.
La culture des cristaux de miassite faisait partie d’un effort plus vaste visant à découvrir des composés combinant des éléments à très haut point de fusion (comme le Rh) et des éléments volatils (comme le S).
“Contrairement à la nature des éléments purs, nous maîtrisons l’utilisation de mélanges de ces éléments qui permettent la croissance de cristaux à basse température avec une pression de vapeur minimale”, a déclaré le professeur Paul Canfield, physicien au laboratoire national Ames et à l’université d’État de l’Iowa. .
«C’est comme trouver un trou de pêche caché rempli de gros poissons gras. Dans le système Rh-S, nous avons découvert trois nouveaux supraconducteurs.
“Et grâce à des mesures détaillées, nous avons découvert que la miassite est un supraconducteur non conventionnel.”
Les chercheurs ont utilisé trois tests différents pour déterminer la nature de la supraconductivité de la miassite.
Le test principal s’appelle la profondeur de pénétration de Londres. Il détermine jusqu’où un faible champ magnétique peut pénétrer dans la masse supraconductrice depuis la surface.
Dans un supraconducteur conventionnel, cette longueur est fondamentalement constante à basse température.
Cependant, dans les supraconducteurs non conventionnels, elle varie linéairement avec la température.
Ce test a montré que la miassite se comporte comme un supraconducteur non conventionnel.
Un autre test effectué par l’équipe consistait à introduire des défauts dans le matériau.
« Ce test est une technique emblématique que son équipe a utilisée au cours de la dernière décennie. Cela implique de bombarder le matériau avec des électrons à haute énergie », a déclaré le Dr Prozorov.
“Ce processus élimine les ions de leur position, créant ainsi des défauts dans la structure cristalline.”
“Ce désordre peut entraîner des modifications de la température critique du matériau.”
Les supraconducteurs conventionnels ne sont pas sensibles aux désordres non magnétiques, ce test ne montrerait donc aucun ou très peu de changement dans la température critique.
Les supraconducteurs non conventionnels ont une grande sensibilité au désordre et l’introduction de défauts modifie ou supprime la température critique. Cela affecte également le champ magnétique critique du matériau.
Dans la miassite, les scientifiques ont découvert que la température critique et le champ magnétique critique se comportaient comme prévu dans les supraconducteurs non conventionnels.
L’étude des supraconducteurs non conventionnels améliore la compréhension des scientifiques sur leur fonctionnement.
“C’est important car la découverte des mécanismes à l’origine de la supraconductivité non conventionnelle est la clé des applications économiquement rationnelles des supraconducteurs”, a déclaré le Dr Prozorov.
La découverte est rapportée dans un papier dans la revue Supports de communication.
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H. Kim et autres. 2024. Supraconductivité nodale dans la miassite Rh17S15. Commun Mater 5, 17 ; est ce que je: 10.1038/s43246-024-00456-w
2024-03-14 01:17:42
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