Un alliage qui devient supraconducteur après chauffage express
Un bloc de métal composé de cinq métaux différents — hafnium, niobium, scandium, titane et zirconium — repose dans un four. Après chauffage à 600 degrés, des zones apparaissent à l'intérieur, semblables à un motif de deux métaux mélangés, comme des veines de marbre. Ce sont ces zones qui font que tout l'alliage conduit le courant électrique sans pertes à très basse température — environ moins 263 degrés Celsius. Ce phénomène est appelé supraconductivité, et il disparaît au moindre échauffement, c'est pourquoi les matériaux sont conservés dans l'hélium liquide.
Les scientifiques ont mesuré à quelle température l'alliage devient supraconducteur et ont constaté : plus le four était chaud lors du recuit, plus cette température est élevée. Le record atteint 9,93 kelvins (environ moins 263,2 degrés Celsius) pour un échantillon chauffé à 800 degrés. C'est presque deux degrés de plus que pour les alliages classiques de ce type. La raison est que le chauffage gonfle ces fameuses zones "marbrées" — elles occupent plus de place, et la supraconductivité s'en trouve renforcée.
Pourquoi cela se produit-il ? L'analyse a montré que la supraconductivité implique non seulement les électrons, mais aussi les vibrations des atomes du réseau cristallin. Les électrons s'associent en paires, et ces paires se déplacent à travers le métal sans collisions, comme un groupe de danseurs qui se tiennent par la main et contournent les obstacles en synchronie. Dans l'alliage à motif "marbré", il se forme davantage de ces paires, et elles restent plus solidement liées.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.19371
The present investigation into the superconducting properties of eutectic high-entropy alloy (HEA) Hf-Nb-Sc-Ti-Zr systems reveals an enhanced superconducting critical temperature ($$T_\mathrm{c}$$) in body-centered cubic (bcc) phases compared to typical quinary bcc HEAs. In Hf$$_{10}$$Nb$$_{25}$$Sc$$_{25}$$Ti$$_{20}$$Zr$$_{20}$$, Hf$$_{5}$$Nb$$_{45}$$Sc$$_{20}$$Ti$$_{15}$$Zr$$_{15}$$, and Hf$$_{5}$$Nb$$_{45}$$Sc$$_{10}$$Ti$$_{5}$$Zr$$_{35}$$ systems, which span a broad range of valence electron concentration per atom, lattice strain and the presence of partial or absent eutectic phases are characteristic features at lower annealing temperatures. The eutectic regions expand rapidly following annealing at 600$$^{\circ}$$C in all systems. The $$T_\mathrm{c}$$ of each system increases markedly with rising annealing temperatures from 400$$^{\circ}$$C to 600$$^{\circ}$$C, reaching a maximum value of 9.93 K in the Hf$$_{5}$$Nb$$_{45}$$Sc$$_{10}$$Ti$$_{5}$$Zr$$_{35}$$ sample annealed at 800$$^{\circ}$$C. Nearly all samples can be classified as strong-coupling superconductors. The sample annealed at 500$$^{\circ}$$C in the Hf$$_{5}$$Nb$$_{45}$$Sc$$_{10}$$Ti$$_{5}$$Zr$$_{35}$$ system exhibits a critical current density ($$J_\mathrm{c}$$) exceeding the practical threshold of 10$$^{5}$$ A/cm$$^{2}$$ up to approximately 4 T at 4.2 K and 6 T at 2 K. The elevated $$J_\mathrm{c}$$ is attributed to significant lattice strain and phase instability. The underlying mechanism for the enhanced $$T_\mathrm{c}$$ in Hf-Nb-Sc-Ti-Zr systems is examined through specific heat data analysis, suggesting that the expansion of the eutectic regions induced by thermal annealing plays a pivotal role.
La température record de supraconductivité de cet alliage est de 9,93 kelvins, soit environ moins 263,2 degrés Celsius. C'est plus froid que la surface de Pluton, où il fait environ moins 230 degrés.