Supraconductivité: la surprise venue du magnésium ⚡
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Ce métal alcalino-terreux, abondant dans la nature et essentiel au métabolisme humain, est également produit par les étoiles vieillissantes. Bien que bon conducteur d'électricité, il n'a jamais été considéré comme un supraconducteur, jusqu'à des travaux récents.
Une équipe de chercheurs, dont Giovanni Ummarino de l'École polytechnique de Turin, a exploré comment le confinement quantique pourrait transformer des éléments non supraconducteurs en supraconducteurs. Leur étude, publiée dans Condensed Matter, suggère que le magnésium pourrait atteindre cet état sous forme de films ultra-minces.
Le confinement quantique, un phénomène où l'énergie d'une particule quantique augmente avec sa restriction spatiale, est au cœur de cette découverte. Les calculs des chercheurs, sans paramètres ajustables, prédisent une température critique de 10 Kelvin pour des films de magnésium d'une épaisseur inférieure à 1 nanomètre.
Cette température, atteignable avec de l'hélium liquide, ouvre des perspectives pour des applications en électronique quantique. Contrairement à l'aluminium, utilisé actuellement pour les qubits, le magnésium pourrait fonctionner à des températures plus élevées, réduisant ainsi les coûts et l'impact environnemental.
Les implications de cette découverte pourraient être majeures, notamment dans le domaine de l'informatique quantique. Le remplacement de l'aluminium par le magnésium dans les qubits pourrait rendre les technologies quantiques plus accessibles et durables.
Les chercheurs attendent maintenant une confirmation expérimentale de leurs prédictions. Si elle est avérée, cette avancée pourrait marquer un tournant dans le développement des supraconducteurs et de leurs applications.
Cette étude illustre comment des avancées théoriques peuvent ouvrir la voie à des innovations technologiques majeures. Le magnésium, un élément commun, pourrait ainsi devenir un acteur clé des futures technologies quantiques.
Qu'est-ce que le confinement quantique ?
Le confinement quantique décrit l'augmentation de l'énergie d'une particule quantique lorsqu'elle est spatialement contrainte. Ce phénomène, lié au principe d'incertitude de Heisenberg, signifie que plus une particule est localisée, plus ses fluctuations d'énergie sont importantes.
Pour les matériaux, le confinement quantique peut modifier radicalement leurs propriétés électroniques. Par exemple, des films métalliques ultra-minces peuvent voir leur capacité à conduire l'électricité transformée, passant d'un état normal à un état supraconducteur.
Cette propriété ouvre des perspectives pour la conception de nouveaux matériaux aux fonctionnalités inédites. Les chercheurs exploitent ce phénomène pour explorer des états de la matière qui étaient auparavant inaccessibles.
Le confinement quantique représente ainsi un outil puissant pour la science des matériaux, permettant de repousser les limites des propriétés physiques connues.
Pourquoi la température critique est-elle importante en supraconductivité ?
La température critique est la température en dessous de laquelle un matériau devient supraconducteur. Elle détermine les conditions nécessaires pour observer ce phénomène, notamment le type de refroidissement requis.
Une température critique plus élevée facilite l'utilisation de la supraconductivité, car elle permet d'utiliser des méthodes de refroidissement moins coûteuses et plus accessibles. Par exemple, l'hélium liquide, moins cher que d'autres technologies, peut être utilisé jusqu'à 4,5 Kelvin.
Dans le cas du magnésium, une température critique de 10 Kelvin signifie que l'hélium liquide suffirait pour atteindre l'état supraconducteur. Cela contraste avec l'aluminium, qui nécessite des températures plus basses et donc des technologies de refroidissement plus sophistiquées.
La recherche de matériaux avec des températures critiques plus élevées est donc un enjeu majeur pour rendre les technologies supraconductrices plus viables et moins coûteuses.