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Le graphène atteint la percée de la supraconductivité: une toute nouvelle façon de déplacer les électrons sans résistance

Depuis la découverte du graphène il y a un peu plus d’une décennie, les scientifiques ont exploré ses propriétés remarquables et ses utilisations potentielles dans un large éventail d’applications, y compris celle d’un supraconducteur.

La supraconductivité est la capacité de certains matériaux à permettre l’écoulement d’un courant électrique avec une résistance faible ou nulle. Ceci n’est habituellement réalisé qu’à des températures très basses, ce qui rend la supraconductivité plutôt coûteuse et actuellement peu pratique pour de nombreuses applications. (CONNEXES: Voir plus de nouvelles sur les progrès de la science à Scientific.news.)

Dès le début, il a été théorisé que le graphène pourrait avoir des propriétés supraconductrices, mais jusqu’à présent, les chercheurs ont été incapables d’exploiter son potentiel sans impliquer d’autres matériaux dans le processus.

Mais maintenant, une équipe de chercheurs a trouvé une méthode pour débloquer la supraconductivité du graphène sans avoir à insérer des atomes de calcium dans son treillis ou à le placer sur un autre matériau supraconducteur – les seules méthodes découvertes jusqu’ici capables de rendre le graphène supraconducteur.

Le graphène est un matériau étonnant pour commencer – il s’agit d’une feuille d’atomes de carbone en deux dimensions qui est extrêmement forte, flexible, légère et conductrice. Il a le potentiel de révolutionner un certain nombre de technologies et ses propriétés encore inexploitées comprennent la supraconductivité – un potentiel théorisé qui semble maintenant avoir été confirmé.

Comme mentionné ci-dessus, les chercheurs ont seulement été en mesure d’atteindre la supraconductivité avec le graphène en utilisant d’autres matériaux en même temps. Les dernières recherches, menées par une équipe de scientifiques de l’Université de Cambridge, impliquaient une nouvelle approche – celle qui non seulement démontrait que le graphène était capable d’atteindre la supraconductivité, mais qui confirmait également une autre théorie postulée concernant les mystérieuses propriétés supraconductrices du graphène. .

De Science Daily:

« Jusqu’à présent, la supraconductivité dans le graphène n’a été obtenue qu’en le dopant ou en le plaçant sur un matériau supraconducteur – un processus qui peut compromettre certaines de ses autres propriétés … Mais dans la nouvelle étude, les chercheurs … ont réussi à activer le dormant potentiel pour le graphène de supraconduire dans son propre droit. Ceci a été réalisé en le couplant avec un matériau appelé praseodymium cérium oxyde de cuivre (PCCO). « 

Bien que la méthode semble ressembler à celles dans lesquelles le graphène a été utilisé en tandem avec d’autres matériaux, il y avait une différence dans les résultats lorsque PCCO était impliqué dans le processus:

« [L] a différence ici est que PCCO est un type de matériau supraconducteur appelé cuprate, qui possède des propriétés électroniques bien comprises.

« L’équipe a donc pu distinguer clairement la supraconductivité dans PCCO de la supraconductivité dans le graphène. Et ce qu’ils ont vu était plus fou que prévu. « 

La chose «folle» que l’équipe a observée était la preuve d’un type de supraconductivité rare et non vérifié, appelé état «onde p».

La supraconductivité implique l’appariement d’électrons en tandem pour se déplacer dans un matériau à résistance nulle. Ce mouvement est caractérisé par des types spécifiques d’alignement de spin parmi les électrons appariés.

Dans PCCO, par exemple, l’alignement de spin des paires d’électrons est appelé un état « d-wave ». En revanche, les paires d’électrons de graphène dans l’expérience ont semblé agir sous la forme d’un état d’onde p qui, s’il est vrai, prouve la théorie selon laquelle l’état d’onde p insaisissable existe.

Et cela signifie un énorme potentiel pour le graphène dans le futur.

« Si la supraconductivité des ondes p est effectivement créée dans le graphène, le graphène pourrait servir d’échafaudage pour la création et l’exploration d’un tout nouveau spectre de dispositifs supraconducteurs pour les domaines de recherche fondamentale et appliquée », explique Jason Robinson.

Le graphène pourrait s’avérer être le moyen d’atteindre la supraconductivité au-dessus de -269 degrés Celsius (-452,2 degrés Fahrenheit) – une étape importante vers la création de nouvelles technologies révolutionnaires pouvant être appliquées à la médecine, l’électronique, les réseaux électriques et autres.