Effet Meissner à température ambiante express
Un aimant n'aime pas que son champ pénètre dans un supraconducteur. Un morceau de plomb ordinaire, refroidi à des températures cryogéniques, repousse les lignes de champ magnétique – et lévite au-dessus de l'aimant. C'est l'effet Meissner-Ochsenfeld, découvert en 1933. Jusqu'à présent, il exigeait un froid intense, car la supraconductivité dans les métaux n'apparaît qu'à proximité du zéro absolu.
Dans cette nouvelle étude, l'effet Meissner a été observé pour la première fois à température ambiante – dans une nanostructure de silicium. Sur ses bords sont formés des canaux conducteurs, et par-dessus sont déposées des chaînes de centres dipolaires de bore à énergie de corrélation négative (les centres dits negative-U). Ces centres agissent comme une colle pour les électrons : un porteur de charge isolé, passant à proximité, s'y lie et crée les conditions d'un transport sans dissipation – le courant circule sans pertes.
Les mesures ont été effectuées de deux manières. D'abord, on a enregistré l'aimantation de l'échantillon lors de son insertion dans un champ magnétique externe puis lors de son retrait. Ensuite, on a mesuré la force électromotrice induite par l'apparition des courants de génération. Les résultats obtenus par sonde fluxmétrique et par FEM induite concordent bien. Cela confirme que la réponse diamagnétique est bien liée aux canaux de bord, et non au volume du silicium.
L'hystérésis de l'aimantation est corrélée à l'amplitude de la FEM des courants de génération. Cette corrélation ouvre la possibilité d'une détection purement électrique de l'effet Meissner – sans capteurs magnétiques. Les nanostructures sont fabriquées en géométrie de Hall, c'est-à-dire qu'elles sont adaptées à l'intégration dans des circuits microélectroniques.
Le silicium est la base de l'électronique moderne. Si l'on parvient à reproduire de manière fiable des propriétés supraconductrices dans ce matériau, on verra apparaître des processeurs sans pertes thermiques, des capteurs de champ magnétique ultra-sensibles et des lignes de transmission sans résistance. Pour l'instant, il s'agit d'une expérience de laboratoire, mais elle montre que la supraconductivité à température ambiante n'est pas une fantaisie, mais un défi d'ingénierie reposant sur les technologies du silicium.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.09068
The Meissner-Ochsenfeld effect is demonstrated for the first time at room temperature. The diamagnetic response of a silicon nanostructure with edge channels covered by chains of negative U dipole boron centers is studied when put in (removed from) an external magnetic field. Measurements of the diamagnetic response were carried out by recording the values of magnetization and generation currents. There is good agreement between the results of measurements of the generated internal magnetic field obtained using a ferroprobe and recording the EMF induced by the occurrence of generation currents in an external magnetic field, which determines the conditions of the mechanism of the nondissipative transport in the edge channels at room temperature, which is caused by their interactions with single carriers through negative U dipole boron centers. The interrelation of the magnetization hysteresis and the magnitude of the EMF induced by the occurrence of generation currents indicates the possibilities of the electrical registration of the Meissner-Ochsenfeld effect in nanostructures manufactured within the framework of the Hall geometry.
L'effet Meissner fait léviter un supraconducteur au-dessus d'un aimant : le champ magnétique expulsé crée une force de sustentation. À température ambiante, une telle lévitation n'est pas encore observée – dans l'expérience, on n'a enregistré qu'une faible réponse diamagnétique, mais le principe reste le même.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke « Les Enfants d'Icare », les extraterrestres utilisent des supraconducteurs à température ambiante pour leurs vaisseaux – cela se rapproche un peu plus de la réalité.