Le magnésium devient un supraconducteur potentiel à l'approche de la limite 2D
Par Alessio Zaccone
Feuille supraconductrice ultra-fine. Crédit : ChatGPT
Le magnésium est un élément chimique courant, un métal alcalino-terreux, hautement réactif chimiquement et très léger (même plus léger que l'aluminium). Abondant dans les plantes et les minéraux, il joue un rôle dans la physiologie et le métabolisme humains. Dans le cosmos, il est produit par les grandes étoiles vieillissantes.
Parmi ses propriétés physiques, bien qu'il soit un bon conducteur d'électricité, le magnésium n'est pas connu pour être supraconducteur. Les supraconducteurs sont des matériaux particulièrement prometteurs, susceptibles de révolutionner la transmission d'énergie, l'imagerie médicale et l'informatique quantique, et se caractérisent par leur capacité à conduire l'électricité sans résistance en dessous d'une certaine température critique.
Récemment, avec mon collègue Giovanni Ummarino de l'École polytechnique de Turin, j'ai commencé à remettre en question le paradigme classique selon lequel seuls certains éléments du tableau périodique peuvent être supraconducteurs. En particulier, mon collègue et moi avons montré que le phénomène de confinement quantique peut transformer des éléments non supraconducteurs en supraconducteurs. Nos recherches sont publiées dans Condensed Matter.
Par confinement quantique, j'entends le phénomène par lequel l'énergie d'une particule quantique, comme un électron, peut augmenter considérablement lorsqu'elle est confinée spatialement. Cet effet est dû au principe d'incertitude de Heisenberg : plus la position spatiale d'une particule quantique est restreinte, plus ses fluctuations d'énergie sont importantes.
Dans nos travaux précédents, mon collègue et moi avons montré que cela s'applique aux métaux nobles tels que l'or, le cuivre et l'argent, dont nous avions prédit qu'ils deviendraient supraconducteurs une fois transformés en feuilles très fines d'environ un demi-nanomètre d'épaisseur.
Nos calculs prédisent désormais que même le magnésium peut devenir supraconducteur lorsqu'il est transformé en films ultra-minces d'une épaisseur inférieure à 1 nanomètre (un milliardième de mètre). Ces calculs ne comportent aucun paramètre ajustable et utilisent des calculs ab initio de la structure électronique et du réseau du matériau. La quantité clé prédite est la température critique à laquelle le matériau passe de l'état de métal normal à celui de supraconducteur, et elle est évaluée en fonction de l'épaisseur du film.
Étonnamment, dans ce cas, la température critique atteinte en miniaturisant des nanofeuilles de magnésium d'environ un demi-nanomètre d'épaisseur peut atteindre 10 K. Il s'agit d'un point important, car cela signifie que l'hélium liquide peut être utilisé pour refroidir le matériau et obtenir la supraconductivité, au lieu d'utiliser des technologies de refroidissement beaucoup plus coûteuses.
En effet, la technologie de refroidissement à l'hélium liquide peut être utilisée jusqu'à 4,5 K, ce qui permet de refroidir des feuilles de magnésium ultra-minces et d'observer l'effet prédit. Cette prédiction, si elle est confirmée expérimentalement, pourrait transformer radicalement les technologies actuelles utilisées en électronique et information quantiques et réduire leur impact environnemental.
Cela est évident si l'on considère que le matériau le plus couramment utilisé actuellement pour fabriquer les qubits (l'unité fondamentale d'information, similaire au bit en informatique classique, mais pouvant exister dans une superposition d'états, ce qui signifie qu'il peut représenter 0, 1 ou les deux simultanément) est l'aluminium, dont la température critique est de 1,6 Kelvin, soit inférieure à celle de l'hélium liquide.
Si notre prédiction se confirme, l'utilisation du magnésium à la place de l'aluminium pourrait conduire à des technologies d'informatique quantique beaucoup plus respectueuses de l'environnement.
Cet article fait partie de Science X Dialog, où les chercheurs peuvent présenter les résultats de leurs articles de recherche publiés. Consultez cette page pour en savoir plus sur Science X Dialog et comment participer.
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Le magnésium pourrait devenir un supraconducteur à l'approche de la limite 2D.
Le magnésium est un élément chimique courant, un métal alcalino-terreux, hautement réactif chimiquement et très léger (même plus léger que l'aluminium). Abondant dans les plantes et les minéraux, le magnésium joue un rôle dans la physiologie et le métabolisme humains. Dans le cosmos, il est produit par les grandes étoiles vieillissantes.
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COMMENTAIRES
Ce genre d article ne présente pas de résultats scientifiques et ne cirrespond qu'à un juement personnel sur des prédictions d utlisation ; J 'ai produit autrefois du magnesium metallique par la méthode de Louis Hacksill que Jean Cueilleron m avait apprise .
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More information: Giovanni Alberto Ummarino et al, Possible Superconductivity in Very Thin Magnesium Films, Condensed Matter (2025). DOI: 10.3390/condmat10010017
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