Des chercheurs de l'Université Cornell ont développé une méthode d'impression 3D en une seule étape qui produit des supraconducteurs aux propriétés record. Cette avancée, qui s'appuie sur près d'une décennie de recherche, pourrait améliorer des technologies telles que les aimants supraconducteurs et les dispositifs quantiques.
La nouvelle technique intègre la chimie des polymères et la fabrication additive, utilisant une encre composée de copolymères et de nanoparticules. Cette encre s'auto-assemble pendant le processus d'impression 3D, puis des traitements thermiques la transforment en un supraconducteur cristallin poreux. Cette approche simplifie considérablement la fabrication par rapport aux méthodes traditionnelles, qui impliquent de nombreuses étapes distinctes.
L'une des réalisations les plus notables de cette recherche est le champ magnétique critique atteint par le nitrure de niobium. Grâce à la porosité nanostructurée de ce matériau imprimé en 3D, il a atteint un champ magnétique critique supérieur de 40 à 50 Tesla, un record absolu pour ce composé. Cette performance est essentielle pour le fonctionnement des supraconducteurs dans des environnements à très fort champ magnétique, comme ceux requis par les équipements médicaux de pointe tels que l'imagerie par résonance magnétique (IRM).
Le professeur Ulrich Wiesner, qui dirige le projet, a souligné une corrélation directe entre la masse molaire des polymères utilisés et les performances supraconductrices finales, un lien qui n'avait pas été établi auparavant. Cette percée est le fruit de près d'une décennie de recherche, débutant en 2016 par la démonstration que les copolymères à blocs pouvaient s'auto-assembler en structures propices à la formation de supraconducteurs. En 2021, il avait été confirmé que ces méthodes basées sur des matériaux souples pouvaient rivaliser avec les techniques conventionnelles.
Le processus actuel représente un saut qualitatif supplémentaire, introduisant un système « en un seul pot » qui élimine de nombreuses étapes typiques de l'impression 3D traditionnelle des matériaux poreux. La nouvelle technique organise les matériaux supraconducteurs à trois niveaux distincts: les réseaux cristallins à l'échelle atomique, les réseaux mésostructurés guidés par l'auto-assemblage des copolymères, et les réseaux macroscopiques directement produits par impression 3D.
Les chercheurs explorent activement d'autres composés, comme le nitrure de titane, dans le but d'obtenir des structures tridimensionnelles difficiles à réaliser avec les méthodes conventionnelles. Ce travail interdisciplinaire souligne l'importance de la collaboration pour repousser les frontières de la recherche et pourrait ouvrir la voie à une génération de supraconducteurs aux propriétés sur mesure, fabriqués de manière plus simple et plus évolutive qu'auparavant.