Harvard révèle une percée dans la technologie des supraconducteurs à haute température

par Klaus Müller
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High-Temperature Superconductors

Dirigée par Philip Kim, une équipe de scientifiques de Harvard a fait un pas de pionnier dans la technologie des supraconducteurs en développant une diode supraconductrice à haute température utilisant des cuprates, une avancée significative pour l'informatique quantique. Cette innovation marque une étape essentielle dans l’exploration et le contrôle des matériaux exotiques et des états quantiques. Source : SciTechPost.com

La méthodologie de production peut aider à la découverte de nouveaux matériaux.
L'équipe de Harvard de Philip Kim est à la pointe de l'innovation dans le domaine des supraconducteurs à haute température utilisant du cuprate.
Création de la toute première diode supraconductrice, faisant progresser le domaine de l’informatique quantique.
Contrôle obtenu des états quantiques et du supercourant directionnel dans BSCCO.

Les supraconducteurs, qui permettent un flux d’électrons parfait et sans perte, fascinent depuis longtemps les physiciens. Cependant, ces matériaux ne présentent généralement leurs propriétés de mécanique quantique qu’à des températures extrêmement basses – juste au-dessus du zéro absolu – ce qui limite leur utilisation pratique.

Philip Kim, professeur de physique et de physique appliquée à Harvard, et son équipe ont présenté une nouvelle approche pour fabriquer et manipuler les cuprates, une classe de supraconducteurs à plus haute température. Cette avancée ouvre la voie à la conception de nouvelles formes de supraconductivité dans des matériaux auparavant inaccessibles.

En utilisant une technique spéciale de fabrication de dispositifs à basse température, le groupe de Kim a présenté dans la revue Science un candidat potentiel pour la première diode supraconductrice à haute température. Ce dispositif, fabriqué à partir de fins cristaux de cuprate, pourrait constituer un élément important dans des domaines émergents comme l’informatique quantique, qui dépend de phénomènes mécaniques brefs et difficiles à maintenir.

Illustration du supraconducteur cuprate torsadé en couches avec des données de base. Crédits : Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Zhao

Kim souligne la faisabilité des diodes supraconductrices à haute température sans avoir besoin de champs magnétiques, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour l'étude des matériaux exotiques.

Les cuprates, oxydes de cuivre, ont fait sensation dans la communauté des physiciens il y a plusieurs décennies en devenant supraconducteurs à des températures auparavant jugées impossibles. La température la plus élevée enregistrée pour un supraconducteur cuprate est de -225 Fahrenheit. Cependant, travailler avec ces matériaux sans altérer leurs états supraconducteurs est très complexe en raison de leurs propriétés électroniques et structurelles complexes.

Dirigée par SY Frank Zhao, ancien étudiant de la Griffin Graduate School of Arts and Sciences et actuellement chercheur postdoctoral au MIT, l'équipe a utilisé une technique de manipulation de cristaux cryogéniques sans air dans de l'argon ultrapur. Ils ont habilement créé une interface vierge entre deux couches ultra-minces d’oxyde de cuivre, cuprate, bismuth, strontium, calcium (BSCCO, ou « bisco »). Le BSCCO est un supraconducteur « à haute température », devenant supraconducteur à environ -288 Fahrenheit, une température relativement élevée pour les supraconducteurs.

Zhao a d'abord divisé le BSCCO en deux couches, chacune faisant un millième de largeur de cheveu humain. Puis, à -130 degrés, il les a empilés à un angle de 45 degrés, semblable à un sandwich à la crème glacée mal aligné, tout en préservant la supraconductivité au niveau de l'interface délicate.

L’équipe a découvert que le supercourant maximum traversant l’interface sans résistance varie en fonction de la direction du courant. Surtout, ils ont également montré un contrôle électronique sur l’état quantique à l’interface en inversant cette polarité. Cette capacité leur a essentiellement permis de créer une diode supraconductrice commutable à haute température, jetant ainsi les bases d’une intégration future dans les technologies informatiques, comme les bits quantiques.

Zhao décrit cela comme une première étape dans l’exploration des phases topologiques et des états quantiques résilients aux imperfections.

Référence : « Time-reversal symetrybreaking supraconductivity between twisted cuprate supraconductors » par SY Frank Zhao et al., 7 décembre 2023, Science.
DOI : 10.1126/science.abl8371

En collaboration avec Marcel Franz de l'Université de la Colombie-Britannique et Jed Pixley de l'Université Rutgers, dont les équipes ont déjà effectué des calculs théoriques prédisant le comportement du supraconducteur cuprate, l'équipe de Harvard a réconcilié les observations expérimentales avec les nouveaux développements théoriques de Pavel A. Volkov de l'Université du Connecticut.

La recherche a reçu le soutien de la National Science Foundation, du ministère de la Défense et du ministère de l'Énergie.

Foire aux questions (FAQ) sur les supraconducteurs à haute température

Quelles sont les avancées récentes réalisées par les chercheurs de Harvard dans la technologie des supraconducteurs ?

Des chercheurs de Harvard, dirigés par Philip Kim, ont développé une diode supraconductrice à haute température utilisant des cuprates. Cette innovation constitue une avancée significative dans l’informatique quantique et l’étude des matériaux exotiques et des états quantiques.

Comment la nouvelle diode supraconductrice contribue-t-elle à l’informatique quantique ?

La diode supraconductrice créée par l'équipe de Harvard représente une évolution cruciale dans l'informatique quantique. Cela permet une meilleure manipulation et compréhension des états quantiques, facilitant potentiellement les progrès dans le domaine.

Que sont les cuprates et pourquoi sont-ils importants dans cette recherche ?

Les cuprates sont une classe de matériaux à base d'oxyde de cuivre qui deviennent supraconducteurs à des températures relativement élevées. Ils jouent un rôle crucial dans cette recherche visant à créer la diode supraconductrice à haute température, une étape importante dans la compréhension et la manipulation de la supraconductivité.

Qui a dirigé les expériences sur cette diode supraconductrice et quelle a été la méthode utilisée ?

Les expériences sur cette diode supraconductrice ont été dirigées par SY Frank Zhao, ancien étudiant à Harvard et aujourd'hui chercheur postdoctoral au MIT. La méthode impliquait une manipulation de cristaux cryogéniques sans air dans de l'argon ultrapur pour créer une interface propre entre les couches d'oxyde de cuivre, cuprate, bismuth, strontium, calcium (BSCCO).

Qu’est-ce qui rend BSCCO important dans le contexte des supraconducteurs ?

L'oxyde de bismuth, strontium, calcium et cuivre (BSCCO) est important car il est considéré comme un supraconducteur à haute température, commençant à devenir supraconducteur à environ -288 Fahrenheit. Ceci est relativement élevé par rapport aux autres supraconducteurs et important pour les applications pratiques.

En savoir plus sur les supraconducteurs à haute température

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5 commentaires

Sarah K. décembre 19, 2023 - 4:02 pm

wow, des supraconducteurs à haute température ? c'est fou. Je me souviens avoir étudié comment ils travaillaient uniquement à des températures très basses. les temps changent vite !

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Raj Patel décembre 19, 2023 - 5:29 pm

J'ai entendu parler des cuprates, mais je ne savais pas qu'ils étaient aussi importants en supraconductivité. Excellent article mais pourrait nécessiter un peu plus de détails sur le côté technique, vous savez ?

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Dave R. décembre 19, 2023 - 7:29 pm

L'équipe de Philip Kim fait des choses révolutionnaires ! Mais je pense que l'article doit clarifier davantage l'impact de cela sur le citoyen moyen. Les supraconducteurs semblent complexes.

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Emma Smith décembre 20, 2023 - 1:50 am

Est-ce vraiment réalisable ? Je veux dire, la supraconductivité à -288F est encore froide, n'est-ce pas ? Comment envisagent-ils d'utiliser cela dans des applications pratiques, quelqu'un a-t-il des idées ?

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Mike Johnson décembre 20, 2023 - 7:40 am

travail incroyable de Harvard! L’informatique quantique est définitivement l’avenir, cela pourrait tout changer…

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