Les supraconducteurs possèdent une propriété exceptionnelle directement liée aux lois de la physique quantique. Lorsque leur température descend suffisamment bas, ils peuvent transporter un courant électrique sans résistance et sans perte d’énergie.
Pour les chercheurs, la principale difficulté reste toutefois leur découverte. En effet, les éléments chimiques peuvent s’assembler selon une quantité vertigineuse de configurations, alors que seule une infime partie d’entre elles devient supraconductrice. De plus, la majorité des matériaux connus ne fonctionnent qu’à des températures extrêmement basses, ce qui impose des dispositifs de refroidissement complexes et coûteux.
Aujourd’hui, l’objectif ultime est de parvenir à mettre au point un matériau capable de conserver cette propriété à température ambiante, ce qui aurait pour effet de limiter considérablement les pertes énergétiques et la chaleur produite par les équipements électroniques et numériques.
Deux nouveaux matériaux découverts
C’est précisément le but recherché par le consortium international SuperC, lancé en 2023, et coordonné par l’Université Aalto, en Finlande. Ce programme combine notamment physique quantique, géométrie des structures électroniques et intelligence artificielle afin d’accélérer l’exploration des matériaux.
Cette approche vient de déboucher sur l’identification de deux composés, YRu3B2 et LuRu3B2. Leur structure électronique présente des bandes plates associées à une organisation géométrique de type kagome, un motif qui rappelle certaines structures utilisées dans la vannerie traditionnelle japonaise.
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Plutôt que de réaliser immédiatement des simulations très lourdes sur chaque combinaison possible, les chercheurs ont d’abord utilisé un algorithme d’apprentissage automatique pour éliminer les candidats les moins intéressants. Dans un second temps, des calculs quantiques plus précis ont été appliqués aux matériaux considérés comme prometteurs. Après cette sélection numérique, les composés ont été fabriqués en laboratoire par des chercheurs de l’Université Rice, aux États-Unis. Les mesures expérimentales réalisées sur les échantillons ont ensuite confirmé leur caractère supraconducteur.
Une nouvelle approche
Cette démonstration constitue une preuve de concept. Jusqu’à présent, la découverte des supraconducteurs reposait largement sur des essais expérimentaux ou des résultats difficiles à anticiper. Au fil des décennies, plus de 7 000 matériaux supraconducteurs ont ainsi été recensés, mais très peu avaient été prédits avec précision avant leur synthèse.
Avec cette nouvelle approche, l’apprentissage automatique prouve qu’il peut changer la donne. En filtrant automatiquement les structures avant de lancer les calculs les plus coûteux, les chercheurs espèrent analyser des ensembles de matériaux jusque-là hors de portée. À terme, cette stratégie pourrait permettre d’examiner des milliards de combinaisons et d’augmenter considérablement les chances de découvrir des supraconducteurs plus performants, plus faciles à fabriquer et, peut-être un jour, capables de fonctionner à température ambiante.