Le Graal de la supraconductivité à température ambiante enfin atteint ?
Posté : 29 juillet 2023 08:15
À prendre avec des pincettes, mais si ça se vérifie, une révolution industrielle en vue
"Pourra-t-on bientôt conduire l'électricité à travers les continents sans aucune perte, disposer d'un IRM chez soi pour détecter le tout début d'un cancer, ou encore transporter dans des tubes à vide à vitesse supersonique des passagers ? Il faudrait pour cela disposer de matériaux supraconducteurs à température et pression ambiantes. Une équipe de physiciens coréens pense être arrivée à en trouver un.
C'est le buzz qui monte depuis 48 heures à la suite de la mise en ligne sur arXiv d'un, puis deux articles par une équipe de physiciens coréens dont on ne sait pas encore très bien s'ils sont crédibles. Les articles, de plus, n'ont pas encore été soumis à la relecture par des experts indépendants et donc encore moins été publiés, ce qui incite déjà à suspendre son jugement quand on n'est pas un physicien du domaine. Les chercheurs affirment qu'ils ont obtenu une transition vers un état supraconducteur dans un matériau qu'ils ont découvert en 1999 et que cette transition s'obtient non seulement en dessous d'une température de 127 °C, mais surtout à pression ambiante.
Si plusieurs laboratoires sérieux arrivent à reproduire cette transition, c'est une révolution technologique. Des matériaux supraconducteurs à température et pression ambiantes, ou peu s'en faut, permettraient de transporter l'électricité sans perte, peut-être à faire fonctionner en dehors des laboratoires des ordinateurs quantiques avec des circuits supraconducteurs (comme le Sycamore de Google), rendraient plus facile la création des tokamaks pour la fusion contrôlée façon Iter et bien d'autres choses encore, notamment dans le domaine de l'imagerie médicale mais aussi des accélérateurs de particules comme le LHC, avec de puissants aimants.
Une apatite supraconductrice à base de plomb ?
Les chercheurs coréens ont appelé leur possible trouvaille LK-99, les initiales étant celles des noms des deux découvreurs, Lee Seok-bae et Kim Ji-hoon, les deux chiffres faisant référence à l'année de la découverte (1999). Le nouveau matériau, de formule Pb9Cu(PO4)6O est clairement un phosphate de plomb et de cuivre, on peut même dire que c'est une forme d'apatite à base de plomb.
La communauté scientifique commence à réagir à l'article qui, on le rappelle, n'est encore qu'une prépublication. On peut certainement résumer ce qu'elle pense actuellement avec l’avis d’un des grands spécialistes français de la supraconductivité, Julien Bobroff.
La prudence est en effet de mise, d'autant qu'il y a quelques mois, comme Futura l'avait expliqué dans l'article ci-dessous, une équipe de l'université de Rochester menée par le physicien Ranga Dias avait réussi à publier dans Nature un article dans lequel elle faisait savoir qu'elle pensait avoir observé dans un composé l'occurrence d'un état supraconducteur vers seulement 20 °C et à pression, selon leurs propres mots, presque ambiante, en réalité tout de même d'environ 10 000 fois la pression atmosphérique.
Non seulement des critiques s'étaient élevées à l'époque mais aussi carrément des soupçons sérieux de fraudes avec manipulation de données. Si l'on n'en est pas encore là avec l'équipe coréenne, les résultats de l'équipe de Rochester n'ont toujours pas été confirmés par d'autres physiciens. C'est une raison de plus de ne pas trop commenter pour un moment encore les publications des chercheurs coréens. Croisons tout de même les doigts, face aux défis du XXIe siècle, l'Humanité aurait bien besoin d'une nouvelle révolution technologique avec des supraconducteurs.
Enfin un supraconducteur à température et pression ambiante ?
Le 8 avril 1911, le Hollandais Heike Kamerlingh Onnes mesurait avec son assistant Gilles Holst la résistance électrique du mercure refroidi par de l'hélium liquide. Ce jour-là, ils découvrent la supraconductivité en observant qu'à 4,2 kelvins la résistivité du mercure est nulle.
Ce phénomène étonnant, que l'on allait rapidement retrouver avec des températures similaires pour plusieurs matériaux, va dès lors passionner des générations entières de chercheurs et des théoriciens de premier calibre qui s'attaqueront à sa compréhension comme Lev Landau et Vitaly Ginzburg en Russie, Pierre-Gilles de Gennes en France et bien sûr John Bardeen, Leon Cooper et John Robert Schrieffer aux États-Unis. Ces trois chercheurs, en proposant en 1957 la théorie BCS, ont réussi à expliquer le phénomène découvert par Onnes (à savoir l'apparition d'une transition de phase en dessous d'une certaine température dite critique conduisant à l'annihilation de la résistance d'un matériau) en utilisant les lois de la mécanique quantique.
Des matériaux avec des superpouvoirs
De nos jours, les supraconducteurs sont présents dans de nombreux domaines. On peut citer l'électronique, l'imagerie médicale, les aimants du LHC, les Squids, des capteurs magnétiques ultrasensibles et même des tokamaks pour étudier la fusion contrôlée. Mais il faut les refroidir avec de l'azote et même de l'hélium liquide, ce qui n'est pas pratique et coûteux. Certains supraconducteurs en laboratoire exigent aussi en plus des conditions de pression extrême.
Or, depuis la découverte en 1986 par les prix Nobel de physique Georg Bednorz et Alex Müller, alors chercheurs à IBM, qu'il existe des matériaux devenant supraconducteurs à haute température, c'est-à-dire plusieurs dizaines de kelvins voire un peu plus, c'est la course pour créer des matériaux qui le seraient à température et pression ambiante. Mais sans succès...
Pourtant, les enjeux sont considérables puisque de tels matériaux, si en plus ils étaient faciles et peu coûteux à synthétiser, conduiraient à des révolutions technologiques de l'imagerie médicale aux transports en commun avec des maglevs, en passant par la fusion contrôlée.
On peut penser que pour vraiment avancer, il faudrait comprendre pourquoi les cuprates utilisés par les deux prix Nobel, des sortes de céramiques composées de couches d'oxyde de cuivre en sandwich entre d'autres éléments, peuvent être supraconducteurs à des dizaines de kelvins.
Voilà pourtant longtemps que l'on sait expliquer la supraconductivité plus classique de matériaux comme le mercure et le plomb. Le phénomène fait intervenir dans la théorie BCS la formation de paires de Cooper, formées de deux électrons, comme l'explique la vidéo du CEA ci-dessous, du fait des interactions de ces particules avec les phonons du réseau cristallin.
Rien de similaire n'existe pour les supraconducteurs à haute température critique. On sait seulement... qu'ils n'entrent pas dans le cas de la théorie BCS.
On comprend donc pourquoi l'attention se focalise en ce moment sur un article paru dans Nature et provenant d'une équipe de physiciens de l'université de Rochester menée par Ranga Dias et qui fait savoir qu'elle pensait avoir observé dans un composé l'occurrence d'un état supraconducteur vers seulement 20 °C et à pression, selon leurs propres mots, presque ambiante.
Un supraconducteur à 20 °C mais 10 000 bars
Le célèbre Quanta Magazine consacre un article entier à cette découverte ou plus précisément peut-être à la controverse à son sujet. Il faut dire que la pression presque ambiante évoquée par les chercheurs est tout de même d'environ 10 000 fois la pression atmosphérique et qu'ils n'en sont pas à leur première affirmation dans le genre, de quoi avoir des doutes légitimes déjà pour ces raisons.
De plus, une précédente publication dans Nature des mêmes chercheurs et à propos d'une percée, là aussi avec un supraconducteur, avait dû être retirée en 2022. Futura avait consacré en 2020 un article à ce qui semblait donc être une découverte prometteuse avec un composé à base de sulfure d'hydrogène, déjà par l'équipe de Ranga Dias.
Espérons que cette fois-ci l'histoire va être différente, même si nous n'en sommes pas encore à un vrai matériau supraconducteur dans les conditions de la vie de tous les jours. Un communiqué de l'université de Rochester donne des détails sur cette découverte, détails que nous reprenons.
Inspiré par ce que l'on sait des propriétés chimiques de l'atome de lutécium (ou lutétium), un élément chimique de la famille des lanthanides, symbole Lu et de numéro atomique 71, compté parmi les terres rares (bien que plus abondant que l'argent et le mercure dans la croûte terrestre), Dias et ses collègues se sont penchés sur son cas.
Ils ont ainsi produit un hydrure de lutécium dopé à l'azote en préparant initialement un mélange gazeux de 99 % d'hydrogène et de 1 % d'azote, placé dans une chambre de réaction avec un échantillon pur de lutétium, et laissant les composants réagir pendant deux à trois jours à environ 200 °C.
Un échantillon d'environ un millimètre de diamètre d'hydrure de lutécium, un matériau supraconducteur créé dans le laboratoire scientifique de Ranga Dias, vu au microscope. Cette image composite est le résultat de l'empilement et de l'amélioration des couleurs de plusieurs images. © Université de Rochester, J. Adam Fenster
Des percées futures avec l'IA ?
Dans une expérience de compression à l'aide d'une presse à enclumes de diamant, la couleur du composé est passée de bleu à rose lors de l'établissement de ce qui semble bel et bien être un état supraconducteur, puis à un rouge particulièrement intense en quittant la zone de supraconductivité à plus basse pression. Inspiré par cette couleur, Dias a baptisé son nouveau composé du nom de « reddmatter », ce qui peut se traduire par matière rouge, une substance évoquée par Mr Spock dans un des films de Star Trek en 2009, peut-être en raison d’un clin d’œil des scénaristes à la matière noire des astrophysiciens.
On peut penser, comme Dias et ses collègues, qu'une variante du composé découvert tiendra, lui, toutes les promesses d'un matériau vraiment supraconducteur dans la vie de tous les jours. Il est possible que l'on fasse sa découverte théorique en utilisant l'apprentissage machine comme cela a été le cas avec d’autres matériaux prédits par le calcul, par exemple avec l’algorithme Uspex que l’on doit au célèbre physicien russe Artem Oganov.
« L'aube de la supraconductivité ambiante et des technologies appliquées est arrivée », déclare Ranga Dias, dont le laboratoire a créé un matériau supraconducteur viable qu'ils ont surnommé « reddmatter ». © Université de Rochester, J. Adam Fenster
Source : https://www.futura-sciences.com/science ... s.com%3amz
Edit : Qu'est-ce que la supraconductivité ? Vidéo : https://youtu.be/5SF98Ph8hSU
"Pourra-t-on bientôt conduire l'électricité à travers les continents sans aucune perte, disposer d'un IRM chez soi pour détecter le tout début d'un cancer, ou encore transporter dans des tubes à vide à vitesse supersonique des passagers ? Il faudrait pour cela disposer de matériaux supraconducteurs à température et pression ambiantes. Une équipe de physiciens coréens pense être arrivée à en trouver un.
C'est le buzz qui monte depuis 48 heures à la suite de la mise en ligne sur arXiv d'un, puis deux articles par une équipe de physiciens coréens dont on ne sait pas encore très bien s'ils sont crédibles. Les articles, de plus, n'ont pas encore été soumis à la relecture par des experts indépendants et donc encore moins été publiés, ce qui incite déjà à suspendre son jugement quand on n'est pas un physicien du domaine. Les chercheurs affirment qu'ils ont obtenu une transition vers un état supraconducteur dans un matériau qu'ils ont découvert en 1999 et que cette transition s'obtient non seulement en dessous d'une température de 127 °C, mais surtout à pression ambiante.
Si plusieurs laboratoires sérieux arrivent à reproduire cette transition, c'est une révolution technologique. Des matériaux supraconducteurs à température et pression ambiantes, ou peu s'en faut, permettraient de transporter l'électricité sans perte, peut-être à faire fonctionner en dehors des laboratoires des ordinateurs quantiques avec des circuits supraconducteurs (comme le Sycamore de Google), rendraient plus facile la création des tokamaks pour la fusion contrôlée façon Iter et bien d'autres choses encore, notamment dans le domaine de l'imagerie médicale mais aussi des accélérateurs de particules comme le LHC, avec de puissants aimants.
Une apatite supraconductrice à base de plomb ?
Les chercheurs coréens ont appelé leur possible trouvaille LK-99, les initiales étant celles des noms des deux découvreurs, Lee Seok-bae et Kim Ji-hoon, les deux chiffres faisant référence à l'année de la découverte (1999). Le nouveau matériau, de formule Pb9Cu(PO4)6O est clairement un phosphate de plomb et de cuivre, on peut même dire que c'est une forme d'apatite à base de plomb.
La communauté scientifique commence à réagir à l'article qui, on le rappelle, n'est encore qu'une prépublication. On peut certainement résumer ce qu'elle pense actuellement avec l’avis d’un des grands spécialistes français de la supraconductivité, Julien Bobroff.
La prudence est en effet de mise, d'autant qu'il y a quelques mois, comme Futura l'avait expliqué dans l'article ci-dessous, une équipe de l'université de Rochester menée par le physicien Ranga Dias avait réussi à publier dans Nature un article dans lequel elle faisait savoir qu'elle pensait avoir observé dans un composé l'occurrence d'un état supraconducteur vers seulement 20 °C et à pression, selon leurs propres mots, presque ambiante, en réalité tout de même d'environ 10 000 fois la pression atmosphérique.
Non seulement des critiques s'étaient élevées à l'époque mais aussi carrément des soupçons sérieux de fraudes avec manipulation de données. Si l'on n'en est pas encore là avec l'équipe coréenne, les résultats de l'équipe de Rochester n'ont toujours pas été confirmés par d'autres physiciens. C'est une raison de plus de ne pas trop commenter pour un moment encore les publications des chercheurs coréens. Croisons tout de même les doigts, face aux défis du XXIe siècle, l'Humanité aurait bien besoin d'une nouvelle révolution technologique avec des supraconducteurs.
Enfin un supraconducteur à température et pression ambiante ?
Le 8 avril 1911, le Hollandais Heike Kamerlingh Onnes mesurait avec son assistant Gilles Holst la résistance électrique du mercure refroidi par de l'hélium liquide. Ce jour-là, ils découvrent la supraconductivité en observant qu'à 4,2 kelvins la résistivité du mercure est nulle.
Ce phénomène étonnant, que l'on allait rapidement retrouver avec des températures similaires pour plusieurs matériaux, va dès lors passionner des générations entières de chercheurs et des théoriciens de premier calibre qui s'attaqueront à sa compréhension comme Lev Landau et Vitaly Ginzburg en Russie, Pierre-Gilles de Gennes en France et bien sûr John Bardeen, Leon Cooper et John Robert Schrieffer aux États-Unis. Ces trois chercheurs, en proposant en 1957 la théorie BCS, ont réussi à expliquer le phénomène découvert par Onnes (à savoir l'apparition d'une transition de phase en dessous d'une certaine température dite critique conduisant à l'annihilation de la résistance d'un matériau) en utilisant les lois de la mécanique quantique.
Des matériaux avec des superpouvoirs
De nos jours, les supraconducteurs sont présents dans de nombreux domaines. On peut citer l'électronique, l'imagerie médicale, les aimants du LHC, les Squids, des capteurs magnétiques ultrasensibles et même des tokamaks pour étudier la fusion contrôlée. Mais il faut les refroidir avec de l'azote et même de l'hélium liquide, ce qui n'est pas pratique et coûteux. Certains supraconducteurs en laboratoire exigent aussi en plus des conditions de pression extrême.
Or, depuis la découverte en 1986 par les prix Nobel de physique Georg Bednorz et Alex Müller, alors chercheurs à IBM, qu'il existe des matériaux devenant supraconducteurs à haute température, c'est-à-dire plusieurs dizaines de kelvins voire un peu plus, c'est la course pour créer des matériaux qui le seraient à température et pression ambiante. Mais sans succès...
Pourtant, les enjeux sont considérables puisque de tels matériaux, si en plus ils étaient faciles et peu coûteux à synthétiser, conduiraient à des révolutions technologiques de l'imagerie médicale aux transports en commun avec des maglevs, en passant par la fusion contrôlée.
On peut penser que pour vraiment avancer, il faudrait comprendre pourquoi les cuprates utilisés par les deux prix Nobel, des sortes de céramiques composées de couches d'oxyde de cuivre en sandwich entre d'autres éléments, peuvent être supraconducteurs à des dizaines de kelvins.
Voilà pourtant longtemps que l'on sait expliquer la supraconductivité plus classique de matériaux comme le mercure et le plomb. Le phénomène fait intervenir dans la théorie BCS la formation de paires de Cooper, formées de deux électrons, comme l'explique la vidéo du CEA ci-dessous, du fait des interactions de ces particules avec les phonons du réseau cristallin.
Rien de similaire n'existe pour les supraconducteurs à haute température critique. On sait seulement... qu'ils n'entrent pas dans le cas de la théorie BCS.
On comprend donc pourquoi l'attention se focalise en ce moment sur un article paru dans Nature et provenant d'une équipe de physiciens de l'université de Rochester menée par Ranga Dias et qui fait savoir qu'elle pensait avoir observé dans un composé l'occurrence d'un état supraconducteur vers seulement 20 °C et à pression, selon leurs propres mots, presque ambiante.
Un supraconducteur à 20 °C mais 10 000 bars
Le célèbre Quanta Magazine consacre un article entier à cette découverte ou plus précisément peut-être à la controverse à son sujet. Il faut dire que la pression presque ambiante évoquée par les chercheurs est tout de même d'environ 10 000 fois la pression atmosphérique et qu'ils n'en sont pas à leur première affirmation dans le genre, de quoi avoir des doutes légitimes déjà pour ces raisons.
De plus, une précédente publication dans Nature des mêmes chercheurs et à propos d'une percée, là aussi avec un supraconducteur, avait dû être retirée en 2022. Futura avait consacré en 2020 un article à ce qui semblait donc être une découverte prometteuse avec un composé à base de sulfure d'hydrogène, déjà par l'équipe de Ranga Dias.
Espérons que cette fois-ci l'histoire va être différente, même si nous n'en sommes pas encore à un vrai matériau supraconducteur dans les conditions de la vie de tous les jours. Un communiqué de l'université de Rochester donne des détails sur cette découverte, détails que nous reprenons.
Inspiré par ce que l'on sait des propriétés chimiques de l'atome de lutécium (ou lutétium), un élément chimique de la famille des lanthanides, symbole Lu et de numéro atomique 71, compté parmi les terres rares (bien que plus abondant que l'argent et le mercure dans la croûte terrestre), Dias et ses collègues se sont penchés sur son cas.
Ils ont ainsi produit un hydrure de lutécium dopé à l'azote en préparant initialement un mélange gazeux de 99 % d'hydrogène et de 1 % d'azote, placé dans une chambre de réaction avec un échantillon pur de lutétium, et laissant les composants réagir pendant deux à trois jours à environ 200 °C.
Un échantillon d'environ un millimètre de diamètre d'hydrure de lutécium, un matériau supraconducteur créé dans le laboratoire scientifique de Ranga Dias, vu au microscope. Cette image composite est le résultat de l'empilement et de l'amélioration des couleurs de plusieurs images. © Université de Rochester, J. Adam Fenster
Des percées futures avec l'IA ?
Dans une expérience de compression à l'aide d'une presse à enclumes de diamant, la couleur du composé est passée de bleu à rose lors de l'établissement de ce qui semble bel et bien être un état supraconducteur, puis à un rouge particulièrement intense en quittant la zone de supraconductivité à plus basse pression. Inspiré par cette couleur, Dias a baptisé son nouveau composé du nom de « reddmatter », ce qui peut se traduire par matière rouge, une substance évoquée par Mr Spock dans un des films de Star Trek en 2009, peut-être en raison d’un clin d’œil des scénaristes à la matière noire des astrophysiciens.
On peut penser, comme Dias et ses collègues, qu'une variante du composé découvert tiendra, lui, toutes les promesses d'un matériau vraiment supraconducteur dans la vie de tous les jours. Il est possible que l'on fasse sa découverte théorique en utilisant l'apprentissage machine comme cela a été le cas avec d’autres matériaux prédits par le calcul, par exemple avec l’algorithme Uspex que l’on doit au célèbre physicien russe Artem Oganov.
« L'aube de la supraconductivité ambiante et des technologies appliquées est arrivée », déclare Ranga Dias, dont le laboratoire a créé un matériau supraconducteur viable qu'ils ont surnommé « reddmatter ». © Université de Rochester, J. Adam Fenster
Source : https://www.futura-sciences.com/science ... s.com%3amz
Edit : Qu'est-ce que la supraconductivité ? Vidéo : https://youtu.be/5SF98Ph8hSU