Supraconductivité : créer de nouveaux matériaux supraconducteurs pour mieux comprendre ce phénomène et développer de nouvelles technologies
Une meilleure maîtrise de la supraconductivité, couplée à un accès expérimental simplifié, pourrait révolutionner des secteurs industriels clés, de l’énergie aux transports. Lucía Iglesias, chargée de recherche CNRS, développe de nouvelles méthodes pour obtenir des supraconducteurs dérivés de pérovskites. Ses travaux pourraient permettre de mieux comprendre la supraconductivité – un enjeu scientifique mondial – et d'en maîtriser finement les propriétés dans les matériaux pérovskites.
Certains matériaux sont capables de transporter un courant électrique sans pertes sous certaines conditions : ces matériaux sont dits supraconducteurs. Un accès plus simple à la supraconductivité permettrait d’envisager, à plus long terme, de nombreuses applications technologiques, comme le stockage et transport de l’énergie sans pertes, les ordinateurs quantiques ou encore les trains à lévitation magnétique. Or, aujourd’hui, soit la supraconductivité est complexe à atteindre à cause des besoins de refroidissement importants, soit le phénomène demeure encore mal compris, du fait du faible nombre de matériaux supraconducteurs à des températures plus élevées et des conditions très spécifiques nécessaires à leur étude.
Afin de contribuer à une meilleure compréhension de la supraconductivité à des températures éloignées du zéro absolu, Lucía Iglesias, chargée de recherche CNRS au Laboratoire Albert Fert1 , a développé une nouvelle méthode permettant de transformer des couches fines de pérovskites ―en particulier une famille de matériaux appelée nickelates― en matériaux supraconducteurs dérivés de ces structures. Pour ce faire, la chercheuse a mis à point une méthode pour ôter une partie des atomes d’oxygène de ces minéraux, en les mettant en contact avec une couche d’aluminium. Ainsi modifié, ces matériaux deviennent supraconducteurs à des températures accessibles expérimentalement.
Mieux comprendre les matériaux pour repousser les frontières des connaissances
Grâce à cette technique, plus simple, reproductible et moins coûteuse que les méthodes chimiques utilisées actuellement, Lucía Iglesias ouvre la voie vers l’étude de toute une famille de matériaux supraconducteurs. « Il est très important d’avoir de multiples matériaux à étudier pour comprendre comment fonctionne la supraconductivité », précise la chercheuse. « Plus on dispose de matériaux différents, mieux on peut identifier leurs caractéristiques communes et élucider les mécanismes physiques à l’origine de ce phénomène. »
Depuis ce succès, la chercheuse explore d’autres méthodes pour retirer des atomes d’oxygène aux pérovskites. Actuellement, elle travaille sur une méthode basée sur la microscopie à force atomique, qui permettrait d’arracher les atomes d’oxygène à l’échelle atomique. Le matériau pourrait alors devenir supraconducteur de manière localisée, uniquement dans certains endroits choisis.
Vers une révolution des circuits imprimés ?
Ces travaux pourraient mener à une révolution des composants électroniques. En effet, dans ces matériaux pérovskites, le courant passerait uniquement dans les zones modifiées. Il s’agirait donc d’un équivalent à la gravure fine de circuits imprimés, à l’échelle atomique, et il serait alors même possible de créer des dispositifs directement au sein du matériau. À l’heure actuelle, la chercheuse travaille à calibrer précisément cette méthode afin de contrôler finement la quantité d’atomes d’oxygène retirés.
Les travaux de Lucía Iglesias sur la supraconductivité ont pour ambition de participer à l’effort scientifique mondial visant à comprendre les mécanismes fondamentaux de ce phénomène, tout en ouvrant la voie à de nouvelles façons de manipuler la matière avec une très grande précision.
- 1LAF (CNRS/Thales/Université Paris-Saclay), à Palaiseau.