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.
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.