La taille des impuretés affecte le fonctionnement des matériaux supraconducteurs

Des chercheurs de l'université d'État de Caroline du Nord ont travaillé d'arrache-pied pour tenter d'établir une corrélation entre les impuretés et les matériaux supraconducteurs, en se concentrant sur la manière dont la taille de ces impuretés peut affecter, voire favoriser, un matériau supraconducteur.

Un matériau supraconducteur est un matériau capable de maintenir l'électricité sans perdre d'énergie par des fuites. Ces matériaux sont couramment utilisés par l'industrie médicale grâce à la technologie de l'IRM et sont appelés à jouer un rôle important dans la matérialisation des technologies de l'énergie.

L'oxyde de bismuth strontium calcium cuivre (Bi2212) est un matériau supraconducteur considéré comme le seul de sa catégorie à pouvoir être enroulé à des températures extrêmement élevées. Il devrait donc être utilisé dans tout ce qui relève de la physique des hautes énergies. Il s'agit notamment des transformateurs, des lignes de transmission d'énergie électrique, des moteurs, etc.

Il sera également utile dans les domaines qui nécessitent d'énormes champs magnétiques. Il sera également utile dans les domaines qui nécessitent d'énormes champs magnétiques. Il s'agit notamment des applications magnétiques qui relèvent de cette catégorie, comme la technologie d'imagerie par résonance magnétique et les électro-aimants.

Pour que le Bi2212 puisse être utilisé dans l'une de ces applications, le matériau est chauffé à environ 900 degrés Celsius après avoir été transformé en un fil multifilamentaire contenant 500 à 1000 filaments de Bi2212 enrobés d'argent. Ce processus crée toutefois des impuretés qui se composent essentiellement de particules poreuses et de Bi2201 dans le matériau.

Justin Schwartz, auteur, professeur de Kobe Steel et directeur du département de science et d'ingénierie des matériaux de NC State, explique que si les particules poreuses posent problème, ce sont les impuretés qui importent le plus.

Ce sont ces impuretés qui peuvent modifier positivement ou négativement les performances du Bi2212. Par exemple, les recherches ont montré que les impuretés à grande échelle entravaient la supraconductivité en faisant obstacle au courant. Les chercheurs travaillent d'arrache-pied pour trouver une meilleure méthode de traitement afin d'optimiser la supraconductivité.

L'un des moyens trouvés pour améliorer les performances de Bi2212 en tant que supraconducteur est la présence d'impuretés à l'échelle nanométrique d'une largeur comprise entre 1,2 et 2,5. Ces impuretés ou défauts à l'échelle nanométrique servent de point de pivot pour fixer le flux magnétique en position. Ce point de pivot sert à stabiliser les tourbillons magnétiques afin d'éviter qu'ils ne se déplacent, ce qui entraîne une résistivité et entrave la supraconductivité en présence d'un champ magnétique.

Étant donné que l'on souhaite utiliser Bi2212 pour produire des champs magnétiques élevés à l'aide de courant électrique, la fixation du flux magnétique n'est pas une option mais une nécessité pour permettre à ce matériau de fonctionner en présence d'un champ magnétique.