Un nouveau composé montre des promesses en tant que supraconducteur à température ambiante

Les scientifiques cherchent des matériaux qui peuvent conduire l'électricité sans aucune résistance à température ambiante. Cette découverte changerait complètement notre façon d'utiliser et de stocker de l'énergie. Récemment, des chercheurs se sont concentrés sur un composé fait de lutétium, de béryllium et d'hydrogène, connu sous le nom de LuBeH. Des expériences ont montré que ce matériau pouvait se comporter comme un supraconducteur sous haute pression, spécifiquement au-dessus de 100 GPa.

#Qu'est-ce que la supraconductivité ?

La supraconductivité est un phénomène où certains matériaux peuvent conduire l'électricité sans perdre d'énergie. Ça veut dire que l'électricité peut voyager à travers eux sans aucune perte, ce qui a plein d'utilisations potentielles, comme dans les réseaux électriques et les trains à lévitation magnétique. La plupart des supraconducteurs ne fonctionnent qu'à des températures très basses, mais trouver un matériau qui fonctionne à température ambiante serait une énorme avancée.

#La recherche de supraconducteurs à température ambiante

La quête de matériaux qui peuvent fonctionner comme des supraconducteurs à des températures plus élevées dure depuis des années. Selon une théorie bien connue, la capacité de conduire l'électricité sans résistance est liée à certains facteurs, comme la masse des atomes du matériau. Les éléments plus légers peuvent généralement supporter des températures critiques plus élevées pour la supraconductivité. C'est là qu'intervient l'hydrogène, car c'est l'élément le plus léger et il a un potentiel énorme pour la supraconductivité à haute température.

Cependant, le défi avec l'hydrogène, c'est qu'il nécessite des pressions extrêmement élevées pour devenir métallique et montrer des propriétés supraconductrices. Du coup, les chercheurs se sont tournés vers les Hydrures métalliques, qui sont des composés contenant de l'hydrogène et des métaux.

#Les hydrures métalliques et leur potentiel

Les hydrures métalliques peuvent souvent atteindre des propriétés supraconductrices à des pressions beaucoup plus basses par rapport à l'hydrogène métallique pur grâce à la présence d'éléments plus lourds. Ces éléments plus lourds aident à créer une structure plus stable qui permet à l'hydrogène de se comporter d'une manière qui soutient la supraconductivité.

Après avoir théorisé sur le potentiel de ces composés riches en hydrogène, les scientifiques ont découvert plusieurs hydrures binaires, qui sont faits de deux éléments, y compris le silicium et l'aluminium. Ils ont trouvé que certains de ces composés pourraient devenir des supraconducteurs sous pression. Par exemple, le sulfure d'hydrogène a montré une supraconductivité à des températures autour de 203 K, tandis que d'autres hydrures ont atteint des températures critiques encore plus élevées.

La recherche a continué à s'étendre au-delà des hydrures binaires vers des hydrures ternaires, qui se composent de trois éléments. Ces composés offrent plus de combinaisons et peuvent mener à la découverte de températures de transition supraconductrices encore plus élevées.

#L'étude des superhydrures

Une catégorie intéressante d'hydrures est celle des superhydrures. Ces matériaux ont une structure unique, où les atomes d'hydrogène forment des formes de cage autour d'ions métalliques positifs. Les éléments des terres rares, comme le lanthane et l'yttrium, sont particulièrement bons pour former ces structures. Le lutétium, qui est similaire au lanthane en termes de propriétés chimiques, n'a pas été autant étudié que ses homologues.

Des études récentes ont suggéré la possibilité de supraconductivité dans des hydrures de lutétium dopés à l'azote à des pressions relativement basses. Cependant, des résultats contradictoires ont conduit à des débats parmi les scientifiques sur les véritables capacités supraconductrices de ces composés.

#Découverte du LuBeH

La nouvelle étude prédit qu'un hydrure ternaire appelé LuBeH pourrait être un supraconducteur prometteur à température ambiante. Les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques avancées pour explorer différentes combinaisons structurelles de lutétium, béryllium et hydrogène à des pressions très élevées.

Les résultats des simulations ont montré que LuBeH pourrait devenir supraconducteur à des températures bien au-dessus de la température ambiante, atteignant une température critique maximale de 355 K à environ 100 GPa. C'est un avancement significatif dans le domaine des supraconducteurs.

#Aperçus structurels

La structure cristalline de LuBeH se compose d'atomes de lutétium, de béryllium et d'hydrogène arrangés dans une configuration stable. Les atomes de béryllium s'insèrent entre les polyèdres d'hydrogène entourant les atomes de lutétium. Cette structure est similaire à d'autres hydrures connus, où des éléments plus lourds aident à soutenir la stabilité générale du matériau.

À 100 GPa, les propriétés phononiques de LuBeH ont été analysées, indiquant que la structure n'a aucune vibration imaginaire, ce qui signifie qu'elle est dynamiquement stable. Les vibrations des atomes se produisent principalement à des fréquences basses. Ces propriétés laissent entrevoir des interactions fortes nécessaires à la supraconductivité.

#Propriétés électroniques

Les caractéristiques électroniques de LuBeH montrent aussi des résultats prometteurs. Le matériau présente un comportement métallique, ce qui signifie qu'il permet le flux d'électricité. Les calculs ont indiqué que la structure proposée a une densité d'états importante, essentielle pour de bonnes propriétés supraconductrices.

La structure de bande électronique suggère que le matériau a des croisements de bande à des niveaux d'énergie spécifiques, soutenant encore la possibilité de supraconductivité. La relation entre les atomes dans ce composé crée un environnement propice au comportement supraconductif.

#Implications pratiques

La découverte de LuBeH ajoute à la liste croissante de matériaux qui présentent des supraconductivités dans des conditions spécifiques. Avec une température critique maximale à des pressions si élevées, cela ouvre des pistes pour des recherches supplémentaires et des applications potentielles.

Trouver des matériaux qui peuvent fonctionner comme des supraconducteurs à des températures plus élevées a des implications non seulement pour le stockage d'énergie mais aussi pour les systèmes de transport, les technologies d'imagerie médicale, et plus encore.

#L'avenir des supraconducteurs

En regardant vers l'avenir, les chercheurs sont excités par le potentiel de l'intelligence artificielle et d'autres méthodes computationnelles avancées pour découvrir de nouveaux matériaux supraconducteurs. En simulant et en prédisant les structures de divers composés, les scientifiques espèrent découvrir encore plus de candidats pour des supraconducteurs à température ambiante.

Les résultats obtenus avec LuBeH inspirent des études supplémentaires sur d'autres combinaisons d'hydrures. En mélangeant d'autres éléments plus lourds avec de l'hydrogène, les chercheurs peuvent élargir la recherche de matériaux qui peuvent atteindre la supraconductivité dans des conditions plus accessibles.

#Conclusion

En résumé, les récentes découvertes concernant LuBeH représentent un pas significatif dans la recherche de supraconducteurs à température ambiante. La combinaison de lutétium, béryllium et hydrogène présente des propriétés supraconductrices remarquables à haute pression. Avec des recherches continues et des avancées technologiques, le rêve de découvrir des matériaux pratiques pour la supraconductivité à température ambiante pourrait bientôt devenir une réalité. Cela bénéficierait non seulement à la recherche scientifique mais aussi à des applications transformantes dans notre vie quotidienne.