Agenda de l'ENS de Lyon

La Fédération André Marie Ampère de l’Université de Lyon et la Société Française de Physique organisent leur cycle de Grandes Conférences d’Automne 2023.

Enjeux, découvertes et promesses de l'hydrogène métallique

par Paul LOUBEYRE – CEA DAM

En 1935, l’une des premières applications de la mécanique quantique à la matière condensée a été de prédire l’existence d’un métal d’hydrogène, stable sous des pressions très élevées. C’est le cristal de Wigner, d’une simplicité remarquable : un réseau de protons dans une mer d’électrons. Des travaux théoriques ultérieurs ont suggéré que l’hydrogène métallique devrait avoir des propriétés remarquables, notamment une supraconductivité à haute température. Dans les années 70, les calculs sont devenus plus précis avec la prédiction que la métallisation de l’hydrogène sous pression devrait impliquer initialement une phase de protons appariés.

Depuis 50 ans, la recherche de l’hydrogène métallique exerce une grande fascination dans le domaine des hautes pressions. Ce projet a poussé de nombreux développements expérimentaux. Récemment, nous avons pu observer la formation de la phase hydrogène métallique apparié au-dessus de 430 GPa. Dans cette conférence, je détaillerai notre démarche expérimentale pour y arriver.

Et maintenant ? Répondre au problème de l’hydrogène métallique demande de pouvoir caractériser les propriétés de ce matériau remarquable. C’est un nouveau défi. La découverte de composés très riches en hydrogène, les super-hydrures qui sont vus comme des alliages d’hydrogène métallique et des métaux, pourraient permettre de contourner la difficulté des pressions extrêmes. Voire, permettre de ramener certaines propriétés de l’hydrogène métallique à pression ambiante. Ils forment déjà une nouvelle classe de supraconducteurs à haute température. Je discuterai de cette analogie. Enfin, je montrerai pourquoi l’hydrogène métallique est aussi important pour comprendre les intérieurs planétaires.