Des scientifiques de l’université de Jilin (Chine), du Centre for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) et de Skoltech (Russie) ont mis au point un polyhydrure de lanthane et de cérium pour transporter l’électricité sans résistance. synthétisé un polyhydrure de lanthane et de cériumun matériau qui promet de faciliter les études sur le la supraconductivité à température ambiante. Le polyhydrure de lanthane et de cérium offre un compromis entre les polyhydrides de lanthane et de cérium en termes de refroidissement et de pression nécessaires.
Cela permettra des expériences plus faciles, qui pourraient un jour d’obtenir des composés qui conduisent l’électricité avec une résistance nulle dans des conditions ambiantes.un rêve sur lequel on travaille depuis de nombreuses années. L’étude a été publiée dans Nature Communications.
L’une des questions non résolues les plus intrigantes de la physique moderne est la suivantepeut-on créer un matériau qui conduise l’électricité avec une résistance nulle (supraconducteur) à température ambiante et à pression atmosphérique ? Un tel supraconducteur permettrait des réseaux électriques d’une efficacité sans précédent, des puces ultra-rapides et des électro-aimants si puissants qu’ils peuvent faire léviter des trains ou contrôler des réacteurs à fusion.
Les scientifiques étudient de plus en plus de classes de matériauxen augmentant lentement la température à laquelle ils se supraconduisent et en diminuant la pression nécessaire pour qu’ils restent stables. L’un de ces groupes de matériaux est le polyhydridescomposés à très forte teneur en hydrogène.
À moins 23 °C, le champion actuel de la supraconductivité à haute température est un polyhydrure de lanthane dont la formule est LaH10. Le problème ? Il nécessite une pression de 1,5 million d’atmosphères. À l’autre extrémité du spectre, nous trouvons le polyhydrure de lanthane de formule LaH10. cupratesune classe de matériaux supraconducteurs à la pression atmosphérique normale, mais à des températures plus basses, ne dépassant pas -140 °C.
Des chercheurs russes de Skoltech et leurs collègues chinois ont réussi à à atténuer les exigences de pression des supraconducteurs à base de polyhydrure. Pour ce faire, l’équipe a optimisé le système lanthane-hydrogène en y ajoutant du cérium. Physiquement, il a fallu créer un alliage de lanthane et de cérium et le chauffer dans une cellule à haute pression avec du borane ammoniacal, une substance qui libère beaucoup d’hydrogène en se décomposant.
Le lanthane et le cérium sont deux atomes très semblables qui forment des composés similaires et peuvent souvent être remplacés l’un par l’autre. Cependant, bien que la supraconductivité ait été rapportée pour les polyhydrides LaH10 et CeH10, ainsi que pour CeH9, la phase LaH9 correspondante est rarement observée.
Les scientifiques ont ont décidé de tester s’il était possible de stabiliser le LaH9 en le complétant avec un additif choisi de manière appropriée.comme le cérium, à condition que cela modifie la structure du matériau d’origine. Et cela a fonctionné.
« Une pression très élevée pousse le lanthane pur et l’hydrogène dans la structure LaH10. Mais si l’on remplace environ 1 atome de lanthane sur 4 par du cérium, la structure se réorganise selon l’arrangement observé dans le CeH9. En ce sens, l’introduction d’un troisième élément modifie la structure que la matière pure aurait autrement adoptée. Et cet additif contribue à la stabilité : par rapport aux 1,5 million d’atmosphères nécessaires pour LaH10, la structure de CeH9 est plus stable.notre polyhydrure de lanthane et de cérium n’est stable qu’à 1 million d’atmosphères. C’est à peu près la même pression que celle requise par les polyhydrides de cérium, mais ceux-ci ne présentent une supraconductivité qu’en dessous de -158 °C, alors que les polyhydrides de lanthane et de cérium ne sont pas stables. le nouveau supraconducteur fonctionne à -97 °C. Il s’agit donc d’un bon compromis, mais plus important encore, il nous rassure sur la justesse de notre raisonnementa déclaré le co-auteur de l’étude, le professeur Artem R. Oganov de Skoltech.
Oganov pense qu’il est peu probable que les polyhydrures en général deviennent des supraconducteurs à la pression atmosphérique (ce qui est une condition nécessaire pour des applications à grande échelle telles que les trains maglev ou les réseaux électriques sans pertes), mais il affirme que leur étude offre des perspectives sur la supraconductivité qui les rapprochent de la réalisation de cet objectif ultime avec d’autres matériaux.
« Les polyhydrures sont un eldorado pour la recherche fondamentale sur les supraconducteurs sous pression« , ajoute Oganov. « En synthétisant notre nouveau composé, nous avons testé et affiné les outils et les astuces utiles à cette recherche et fourni du matériel utile pour d’autres études.« .
« Ce travail est également intéressant pour deux aspects clés : il montre l’anisotropie possible du champ critique supérieur pour les hydrures. En d’autres termes, la dépendance de la température critique par rapport à la direction du champ magnétique. Il montre également qu’avec la diminution de la pression, une phase de pseudogap se produit dans les polyhydrures« , a déclaré Dmitrii Semenok, coauteur de l’étude, ajoutant que ces deux propriétés sont caractéristiques des supraconducteurs à cuprates. « Ainsi, à y regarder de plus près, les polyhydrures s’avèrent très similaires aux cuprates malgré des mécanismes de supraconductivité différents.« .
Interrogés sur d’autres composés prometteurs sur lesquels débouchent les recherches actuelles sur les polyhydrides, les chercheurs ont répondu que les hydrures et borohydrures de calcium, d’yttrium, de lanthane et de magnésium semblent mériter l’attention.
