Une simple conversation au cours d’un repas à l’Institut Périmètre est devenue un pas important vers la réalisation de supraconducteurs à la température ambiante.

Des chercheurs de l’Institut Périmètre, de l’Université de Waterloo et de l’Université Harvard ont imaginé une explication de la phase de transition vers la supraconductivité, ou phase de « pseudo-discontinuité », l’un des derniers obstacles sur la voie de la mise au point de la prochaine génération de supraconducteurs.

Ces travaux, dont les auteurs sont Roger Melko, professeur à l’Institut Périmètre, et Lauren Hayward, étudiante diplômée associée à l’Institut, ont fait l’objet d’un article paru cette semaine dans la prestigieuse revue Science.

Ce résultat a été obtenu grâce à une étroite collaboration avec Subir Sachdev , professeur à l’Université Harvard et titulaire d’une chaire de chercheur invité distingué de l’Institut Périmètre, et David Hawthorn, professeur agrégé de physique et d’astronomie à l’Université de Waterloo..

« Cette étonnante collaboration scientifique est en fait née par hasard au cours d’un repas que j’ai pris avec Subir Sachdev à l’Institut Périmètre » [traduction], a déclaré M. Hawthorn.

David Hawthorn a montré à M. Sachdev ses dernières données expérimentales sur YBa₂Cu₃O_6+x, matériau supraconducteur dont le comportement dépendait d’une manière inexpliquée de la température.

Subir Sachdev avait une théorie en tête, mais il avait besoin d’experts en calculs complexes pour la prouver. C’est là que Roger Melko et Lauren Hayward sont entrés en scène et ont mis au point le programme informatique permettant de résoudre les équations de M. Sachdev.

MM. Melko et Sachdev se connaissaient déjà grâce à l’Institut Périmètre, ce qui a permis une collaboration harmonieuse et productive.

« Les résultats sont venus au bout de quelques semaines, a déclaré M. Melko. Cela montre bien la synergie qu’il y a entre l’Université de Waterloo et l’Institut Périmètre. » [traduction]

Dans le but de comprendre pourquoi la supraconductivité à la température ambiante est si difficile à atteindre, les physiciens se sont intéressés à la mystérieuse phase de « pseudo-discontinuité », qui précède immédiatement l’apparition de la supraconductivité.

« Il est aussi important de comprendre la pseudo-discontinuité que de comprendre la supraconductivité elle-même. » [traduction], a ajouté M. Melko.

La supraconductivité est le phénomène par lequel un courant électrique circule sans résistance, et donc sans perte d’énergie. Mais la plupart des matériaux doivent être refroidis, avec de l’hélium liquide, à des températures extrêmement basses pour atteindre un état supraconducteur.

YBa₂Cu₃O_6+x est l’un des rares matériaux supraconducteurs à une température plus élevée. Même à cela, la supraconductivité n’est pas encore possible dans ce matériau au-dessus de -179°C.

Au cours de leurs travaux, les chercheurs ont découvert que, dans la phase de pseudo-discontinuité, YBa₂Cu₃O_6+x oscille entre deux états quantiques, dont l’un fait intervenir des fluctuations de l’onde de densité de charge. Ces fluctuations périodiques de la répartition des charges électriques déstabilisent l’état supraconducteur au-dessus de la température critique.

Lorsque le matériau est refroidi en dessous de la température critique, ces fluctuations diminuent d’intensité, et l’état supraconducteur est celui qui prime.

Dans une prochaine étape, les chercheurs prévoient étendre la portée de leurs travaux à la fois sur le plan théorique et sur le plan expérimental, afin de comprendre et d’exploiter plus à fond la nature fondamentale des matériaux supraconducteurs.