Il y a près de deux décennies, des scientifiques ont découvert la supraconductivité dans un nouveau matériau – le diborure de magnésium, ou MgB₂. Il y a eu une recrudescence de la popularité de MgB₂ en raison de son faible coût, de ses capacités supraconductrices supérieures, de sa densité de courant critique élevée (ce qui signifie que par rapport à d’autres matériaux, MgB₂ reste un semi-conducteur même lorsque de plus grandes quantités de courant électrique le traversent), et des champs magnétiques piégés résultant d’un fort blocage des vortex – qui sont des boucles de courant cylindriques ou des tubes de flux magnétique qui pénètrent dans un supraconducteur. Le MgB intermétallique₂ permet également l’ajustement de ses propriétés. Par exemple, les valeurs critiques de densité de courant (J_c) de MgB₂ peut être amélioré en diminuant la taille des grains et en augmentant le nombre de joints de grains. Une telle capacité de réglage n’est pas observée dans les supraconducteurs en couches conventionnels.

Élargir les applications de MgB₂, cependant, il est nécessaire de simplifier la méthode de sa préparation. Récemment, une équipe de chercheurs s’est lancée dans un voyage pour le faire. Ils ont fabriqué un nouveau MgB en vrac₂ via un processus appelé frittage par plasma d’étincelle (SPS). Dans leur récent article, publié pour la première fois le 27 juillet 2022 dans Nanomatériauxle professeur Muralidhar Miryala de l’Institut de technologie de Shibaura (SIT), au Japon, qui dirigeait le groupe, explique que « le frittage par plasma étincelant (SPS) est une technique très intéressante — c’est une méthode de consolidation rapide, où la poudre est transformée en un solide. La source de chaleur dans cette procédure n’est pas externe mais est un courant électrique qui traverse la matrice, provoquant le frittage de la poudre dans un matériau en vrac. La cinétique de frittage peut être mieux comprise et contrôlée avec SPS. Contrairement à d’autres techniques similaires, il permet de contrôler la croissance des grains. De plus, il a également un temps de traitement plus court ! »

Le professeur Miryala et le professeur Jacques G. Noudem (de l’Université de Normandie, France) avaient utilisé cette méthode non conventionnelle pour préparer des échantillons en vrac de MgB_2. Le matériau résultant avait d’excellentes propriétés supraconductrices et une densité qui atteignait 95% de ce qui était théoriquement prévu pour le matériau. L’équipe d’étude comprenait le professeur Pierre Bernstein et Yiteng Xing, titulaire d’un doctorat à double diplôme. étudiant au SIT et à l’Université de Normandie.

Pour synthétiser le MgB en vrac₂, l’équipe a chargé deux poudres – magnésium et bore amorphe – dans un moule en carbure de tungstène (WC) et les a frittées à l’aide de SPS à différentes températures allant de 500 à 750 ° C et à une pression allant de 260 à 300 mégapascal (MPa), puis refroidi le matériau formé. Le temps de traitement total était d’environ 100 minutes. L’équipe a ensuite analysé la densité et les propriétés structurelles du matériau préparé, en utilisant diverses méthodes d’imagerie et de test.

Leurs expériences ont révélé que le matériau avait une densité très élevée de 2,46 g/cm³ et un facteur de tassement élevé de 95 % (indiquant que les atomes dans le matériau en vrac étaient situés très près les uns des autres). Elle a également montré la présence de nano-grains et un grand nombre de joints de grains. De plus, il ne présentait pas de phases appauvries en Mg comme MgB_4. La caractérisation électromagnétique du matériau a montré qu’il présentait un J extrêmement élevé_c jusqu’à 6,75 10⁵ ampère/cm² à environ -253°C. Cela signifie que même à une densité de courant aussi élevée, le MgB en vrac₂ fabriqué par l’équipe agirait comme un supraconducteur. « C’est J_c était tout à fait remarquable pour le MgB pur et non dopé_2, » a commenté le professeur Miryala.

Curieux de savoir comment le matériau présentait d’excellentes propriétés, l’équipe a creusé plus profondément. Ils ont conclu que le MgB préparé₂Les propriétés supraconductrices de étaient dues à sa haute densité, à son excellente connectivité de grains (due à l’absence de phases appauvries en Mg) et au fort ancrage des tourbillons grâce à la présence de nano-grains et de joints de grains.

Cette étude a fourni une nouvelle façon d’améliorer les propriétés des matériaux supraconducteurs comme MgB₂. Compte tenu du J élevé de ce matériau_c, il peut être utilisé dans la technologie refroidie à l’hydrogène liquide. Il apparaît également comme un candidat prometteur pour les systèmes de transport, de stockage et de carburant à base d’hydrogène liquide. « Le réchauffement climatique est l’une des principales menaces auxquelles l’humanité est confrontée aujourd’hui et le passage à une économie d’énergie renouvelable est l’une des solutions les plus efficaces à ce problème. Compte tenu de l’utilisation potentielle du matériau dans les systèmes à hydrogène liquide et de ses excellentes propriétés structurelles et supraconductrices, notre travail est une étape positive vers la réalisation d’une technologie plus verte », conclut le professeur Miryala.

Source de l’histoire :

Matériel fourni par Institut de technologie de Shibaura. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.