CNRS Le Journal n°255 avril 2011
CNRS Le Journal n°255 avril 2011
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°255 de avril 2011

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : CNRS

  • Format : (215 x 280) mm

  • Nombre de pages : 44

  • Taille du fichier PDF : 6,5 Mo

  • Dans ce numéro : La supraconductivité prend son envol

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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w 26 en 2007. Ainsi, il a soumis des échantillons de cuprates à des impulsions magnétiques très intenses, capables de supprimer leur supraconductivité. « Ce faisant, nous avons dévoilé les propriétés que le matériau aurait sans l’établis sement d’une phase supraconductrice. Et révélé cet effet de compétition », indique le scientifique. Resterait donc à décrire les configurations électroniques en compétition. En forme de rubans ? De boucles de courant ? Là encore, les hypothèses ne manquent pas. Les expériences menées notamment par Marc-Henri Julien, du LNCMI, ou encore Philippe Bourges, ont révélé l’existence de différentes formes possibles. Formes qu’il est encore très difficile de lier à la supraconductivité. synthétiser les connaissances Alors, quand les physiciens viendront-ils à bout du mystère de la supraconductivité à haute température ? Pour Antoine Georges, « ce n’est pas pour l’année prochaine, mais il est probable que ce soit pour dans moins de trente ans ». Philippe Bourges complète : « Plusieurs dizaines de milliers de papiers ont été publiés sur le sujet. Désormais, il va falloir opérer la synthèse de toutes ces connaissances. » Et peut-être ainsi parvenir à une théorie complète de la supraconductivité dans les cuprates. Qui pourrait être « un mélange de tout ce qui a déjà été proposé », comme le note Alain Sacuto, du Laboratoire un défi théorique pour les physiciens Au milieu des années 1980, les outils théoriques pour décrire les cuprates nouvellement découverts manquent cruellement. De fait, dans un métal standard, les électrons peuvent être considérés comme indépendants les uns des autres. Inversement, les électrons d’un cuprate sont dits très corrélés : ils se gênent, se bloquent les uns les autres et ne se déplacent que collectivement, cette situation introduisant dans leur description de redoutables difficultés © D. colson/CNrsPhotothèque © J. Bobroff/CNrsPhotothèque théoriques. Depuis vingt ans, la physique de la matière condensée a donc entrepris une véritable révolution conceptuelle dont les retombées vont bien au-delà des cuprates. Et qui permet aujourd’hui d’appréhender toute la complexité de la matière électronique dans les solides : oxydes, terres rares, actinides… Pour ce faire, il aura fallu jouer comme jamais d’approches complémentaires aussi bien théoriques que numériques. Et emprunter à la chimie aussi bien qu’à la physique | L’enquête cnrs I LE JOurnal 07 08 200 µm des particules. Preuve que les supraconducteurs à haute température ont véritablement ouvert un nouveau continent physique. En témoigne d’ailleurs la nomination en 2009 d’Antoine Georges, spécialiste des électrons très corrélés, en tant que professeur au Collège de France, à la chaire de physique de la matière condensée. Contact : Antoine Georges > antoine.georges@cpht.polytechnique.fr 07 Même si la structure en mille-feuille des pnictures rappelle celle des cuprates, leur physique est totalement différente. 08 Photo au microscope colorisée d’un pnicture, un supraconducteur à haute température critique à base de fer. matériaux et phénomènes quantiques 4, ou, selon Cyril Proust, « une expli ­ cation nouvelle, unique et commune aux différentes familles de nouveaux supraconducteurs ». Car, en 2008, un type inédit de supraconducteurs à haute température est entré en scène : les pnictures. Des composés à base de fer dont la température de transition vers la phase supraconductrice peut avoisiner les – 220 °C. « Pendant les six premiers mois, on a cru que leur physique était semblable à celle des cuprates, relate Julien Bobroff. Avant de nous rendre compte qu’ils présentaient de nombreuses originalités. » Une chance pour les spécialistes, ils ont profité des développements tous azimuts déjà accomplis pour refaire en deux ans ce qui en avait pris vingt
 » détecter les objets cachés N°255 I avril 2011 L’enquête | 27 w pour les cuprates. D’autant que la physique des pnictures pourrait être un tout petit peu moins complexe que celle de leurs cousins à base d’oxyde de cuivre. Par exemple, une partie importante de la communauté concernée s’attend à découvrir que, dans le cas des pnictures, c’est le seul magnétisme qui permet aux charges électriques de former des paires. Un scénario auquel Julien Bobroff a apporté un argument en montrant pour la première fois, grâce à une expérience de résonance magnétique nucléaire, que magnétisme et supraconduction, étonnamment, peuvent parfois coexister dans un pnicture à l’échelle de l’atome. « Ce qui n’avait jamais été mis en évidence clairement dans un cuprate », précise le chercheur. UNE ROUTE encore LONGUE Reste à savoir si tout cela permettra de conduire les scientifiques sur le chemin de supraconducteurs à température ambiante. « Je n’y crois pas vraiment. Et, quoi qu’il en soit, le matériau reste à inventer, problématique pour laquelle les chimistes ont un rôle majeur à jouer », insiste Philippe Bourges. De son côté, Alain Sacuto est beaucoup plus optimiste : « C’est une question d’équilibre, à déterminer en travaillant main dans la main avec les chimistes, ce qui, du reste, est une nécessité dans ce domaine nécessitant des matériaux de très grande qualité cristalline. Mais je ne vois pas d’obstacle de principe. » À moins que de nouvelles difficultés ne se dressent sur la route. La supraconductivité n’est pas avare de surprises… 1. Unité CNRS/CEA. 2.unité CNRS/École polytechnique. 3.unité CNRS/Insa Toulouse/Université Paul-Sabatier/Université Joseph-Fourier. 4.unité CNRS/Université Paris-Diderot. Contacts : Philippe Bourges > philippe.bourges@cea.fr Cyril Proust > cyril.proust@lncmi.cnrs.fr Alain Sacuto > alain.sacuto@univ-paris-diderot.fr © E. VANoudENaardEN/epa/Corbis q L’utilisation des supraconducteurs pourrait améliorer la qualité des systèmes de sécurité, notamment des scanners installés dans certains aéroports. Contact : Jérôme Lesueur > jerome.lesueur@espci.fr Transporter le courant Aujourd’hui, l’acheminement de l’électricité s’accompagne encore d’une perte d’énergie. Si les câbles étaient supraconducteurs, les déperditions seraient infimes, et on pourrait y faire circuler 1000 fois plus de courant. Néanmoins, il ne faut pas s’attendre à une révolution tant qu’on ne saura se passer d’importants dispositifs de refroidissement. À petite échelle, toutefois, la chose est faisable : à Long Island, aux États-Unis, 300 000 foyers sont alimentés par 600 mètres de câbles supraconducteurs à haute température (– 196 °C tout de même) fabriqués par la société Nexans. L’avenir industriel de ces câbles, très chers, se situe plutôt dans des marchés de niche, comme celui des limiteurs de courant, sortes de maxifusibles à l’échelle d’un réseau. Dans le cadre du projet Eccoflow, auquel participent l’Institut Néel et le Laboratoire en génie électrique de Grenoble 1, de nouveaux limiteurs supraconducteurs seront bientôt testés à Majorque et en Slovénie. 1. Unité CNRS/Grenoble INP/Université Joseph-Fourier. La détection des ondes électromagnétiques possède pléthore d’applications. Mais, dans les hautes fréquences, quelques centaines de gigahertz, elle n’est pas aisée. Les détecteurs les plus sensibles sont basés sur des circuits supraconducteurs portés à des températures proches du zéro absolu. De tels dispositifs sont à l’œuvre à bord du satellite Herschel, opéré par le Cnes, le cea et le cnrs. Pour étendre le domaine d’utilisation de ces appareils, l’équipe de Jérôme Lesueur, du Laboratoire de physique et d’étude des matériaux de Paris, développe des circuits à base de matériaux supraconducteurs à haute température critique, susceptibles de travailler de – 253 à – 193 °C, c’est-à-dire avec un système cryogénique assez léger, et jusque dans les fréquences térahertz. À la clé, de nouvelles applications, en particulier dans le domaine de la sécurité. En effet, de nombreuses molécules (polluants, explosifs…) possèdent une signature électromagnétique dans la gamme térahertz. De plus, ces ondes traversent les vêtements et sont donc idéales pour le repérage d’objets dissimulés. Enfin, de tels détecteurs pourraient être utilisés pour la réalisation de caméras capables de voir à travers le brouillard, car certaines ondes térahertz sont très peu absorbées par les molécules d’eau. Contacts : Jean-Maxime Saugrain > jean_maxime.saugrain@nexans.com Pascal Tixador > pascal.tixador@grenoble.cnrs.fr q Les câbles supraconducteurs (ici ceux de la société Nexans) permettent de transporter l’électricité en minimisant les pertes. © ProVision © NEXANS



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