Avant d'expliquer ces travaux, il me faut toutefois vous raconter une version fort brève de la fascinante histoire de la supraconductivé.

Le phénomène de la supraconductivité fut découvert il y a presque 100 ans, en 1911, par le professeur Heike Kamerlingh Onnes à l'Université de Leyde, aux Pays-Bas, lors d'expériences à très basse température (environ -270 degrés Celsius). Onnes découvrit en effet que lorsque la température s'abaisse suffisamment, des métaux tels que le mercure, l'étain et le plomb conduisent l'électricité sans aucune résistance. Dans leur état normal, tous les matériaux offrent une certaine résistance au passage de l'électricité. Cette résistance chauffe le matériau et est utilisée, par exemple, dans les éléments d'un calorifère électrique, d'une cuisinière ou d'un grille-pain. Un peu plus tard, on s'aperçut également que dans leur état supraconducteur, les matériaux repoussent tout champ magnétique. Un objet supraconducteur flotte donc au-dessus d'un aimant, puisqu'il lui est impossible de laisser pénétrer le champ magnétique. Par contre, un matériau supraconducteur se transformer facilement en aimant puissant. En effet, un courant qui circule dans une boucle produit un champ magnétique et transforme la boucle en électro-aimant. À cause de la résistance, on ne peut faire passer un trop gros courant dans un électro-aimant normal puisque celui-ci chauffe et peut même fondre. Par contre, comme il n'y a pas de résistance dans un supraconducteur, on peut facilement faire circuler un courant important.

Cette découverte prit tous les physiciens par surprise et les théoriciens se mirent au travail afin d'expliquer ce phénomène des plus étranges. Leur quête ne fut pas facile, toutefois, et ce n'est que 46 ans plus tard, en 1957, que John Bardeen, Leon Cooper et John Robert Schrieffer fournirent une théorie complète de la supraconductivité. Durant ce temps, les expérimentateurs n'avaient certainement pas chômé et on connaissait alors tout un zoo de métaux supraconducteurs. Malheureusement, et en accord avec la théorie, aucun de ceux-ci ne demeure supraconducteur à une température dépassant 40 Kelvins, environ -230 degrés C. En dépit de cela, on utilise les supraconducteurs lorsqu'on a besoin d'aimants puissants et compacts. C'est le cas, par exemple, dans les appareils de résonance magnétique utilisés dans les hôpitaux. Leur entretien coûte très cher, toutefois, car on doit refroidir ces aimants à très basse température utilisant une technologie complexe.

Deux découvertes importantes au milieu des années 1980 ont révolutionné l'étude des supraconducteurs. En 1987, on a découvert que des céramiques à la composition barbare et à la physique très éloignée de celle de Bardeen, Cooper et Schrieffer, présentaient une supraconductivité pouvant survivre à des températures « élevées », c'est à dire dépassant les 70 Kelvin (avoisinant -200 degrés Celsius), une température accessible par des moyens relativement peu dispendieux. Malheureusement, ces matériaux se sont avérés assez capricieux à l'utilisation : ils sont cassants, difficiles à préparer et pas très stables lorsqu'ils sont exposés à l'air.

Deux ans plus tôt, en 1985, Harold Kroto, Rubert Curl, Richard Smalley et leurs collaborateurs à Rice University, au Texas, avaient découvert une molécule fascinante : la buckyballe ou le fullerène C60. Il s'agit d'une molécule composée de 60 atomes de carbones assemblés comme sur un ballon de soccer pour former une sphère parfaite. Cette nouvelle forme de carbone, pourtant présente dans la suie de tous les feux de camp depuis les temps immémoriaux, suscita également un intérêt immédiat tant pour la beauté de sa géométrie que pour ses propriétés particulières. Parmi celles-ci, on découvrit si on mêle des molécules de C60 à divers éléments, le matériau devient supraconducteur à une température dépassant 40 Kelvins des métaux classiques.

En utilisant divers mélanges, on s'aperçut que la température critique à laquelle le système perd la supraconductivité augmente avec la distance entre les molécules de C60. Il serait donc possible que le C60, placé dans un bon environnement, puisse atteindre une température beaucoup plus élevée.

Malheureusement, le tableau périodique est fini et même les plus gros atomes sont beaucoup plus petits qu'une molécule de C60. Il faut donc repenser l'approche. C'est ici que Michel Côté et son équipe entrent en jeu. Réfléchissant au problème, ils proposent d'utiliser une classe de matériaux découverts récemment, des métallo-organiques, qui ressemblent à un assemblage de pièces de mécano. Cette structure est formée de tubes d'atomes qui s'entrecroisent, laissant des trous assez grands pour y loger une molécule de C60.

À l'aide de calculs théoriques utilisant la mécanique quantique, les chercheurs du Département de physique de l'Université de Montréal ont pu montrer que la molécule de C60 devrait être très à l'aise dans cet environnement et possèderait même des propriétés laissant espérer une température élevée pour la supraconductivité.

Évidemment, on n'est sûr de rien tant que les expériences ne sont pas faites. Il faudra d'abord voir s’il est possible chimiquement d'incorporer les molécules de C60 aux organo-métalliques. On devra ensuite vérifier si les prédictions théoriques tiennent la route et si elles mènent bien à des températures critiques intéressantes. Quoi qu'il en soit, il y a tout lieu de penser que le travail de Sébastien Hamel, Vladimir Timoshevskii et de Michel Côté va créer des vagues dans le milieu de la matière condensée.

Une histoire à suivre...

Pour en savoir plus, n'hésitez pas à écouter l'entrevue que Michel Côté a donnée à la journaliste Chantal Francoeur de l'Émission Les annéees Lumières.

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