- Deux prépublications rXiv affirment que LK-99 est un « supraconducteur à température et pression ambiantes », avec une température critique annoncée de 127°C, supérieure au point d’ébullition de l’eau
- La méthode de synthèse consiste à mélanger du lanarkite et du Cu3P dans un rapport 1:1, puis à chauffer l’ensemble à 925°C dans un tube en quartz sous vide, ce qui permet à de nombreux laboratoires de recherche en matériaux solides de tenter rapidement une reproduction
- Les éléments avancés incluent la diffraction des rayons X, l’EPR, l’effet Meissner, une variation brutale de la résistance à la température critique, ainsi que des courbes I-V selon la température et le champ magnétique ; la reproductibilité est le point décisif
- LK-99 est actuellement un matériau polycristallin et pourrait ne pas transporter de forts courants dans son état supraconducteur à haute température, si bien que son potentiel d’application industrielle reste incertain
- Si les résultats sont corrects, la recherche de matériaux fondés sur des puits quantiques pourrait s’accélérer et avoir un impact majeur sur des domaines comme l’électricité, les aimants et les moteurs électriques, mais un échec reste possible tant que la validation n’est pas faite
L’affirmation selon laquelle LK-99 serait un supraconducteur à température et pression ambiantes
- Deux prépublications rXiv ont été publiées, dont l’une, intitulée “The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor”, affirme qu’il s’agit d’un supraconducteur à température et pression ambiantes
- Un nouveau manuscrit de la même équipe a également été publié dans une revue scientifique coréenne, et semble contenir davantage de données
- Les auteurs maintiennent, malgré des divergences internes, qu’ils ont bien obtenu le supraconducteur à température ambiante qu’ils décrivent
- Plusieurs laboratoires mènent des expériences de reproduction ; la « prépublication à 3 auteurs » pourrait être retirée, tandis que la « prépublication à 6 auteurs » est en cours de révision comme manuscrit soumis à une revue
Structure du matériau et procédure de synthèse
- LK-99 est un matériau à base de plomb dopé au cuivre, dont la composition est donnée comme Pb10-xCux(PO4)6O
- La synthèse commence par la préparation du lanarkite, Pb2(SO4)O, un minéral bien connu à base d’oxyde de plomb et de sulfate de plomb
- En parallèle, le phosphure de cuivre, Cu3P, est préparé à partir de cuivre élémentaire et de phosphore
- Les deux matériaux sont broyés et mélangés dans un rapport 1:1, puis scellés dans un tube en quartz mis sous vide et chauffés à 925°C pour produire LK-99, un matériau polycristallin sombre
- La structure est très proche de celle de l’apatite, un minéral phosphaté bien connu, mais certaines positions du plomb dans le réseau sont remplacées par du cuivre, ce qui réduit légèrement la taille de la maille cristallographique
Mécanisme supraconducteur proposé et éléments expérimentaux
- Les auteurs estiment qu’une structure déformée et sous contrainte crée de nombreux puits quantiques entre certains atomes de plomb et l’oxygène des groupes phosphate, formant de fait un gaz d’électrons bidimensionnel
- Le mécanisme proposé est que des électrons traversent par effet tunnel les puits quantiques espacés de 3,7 à 6,5Å, ce qui ferait apparaître la supraconductivité
- Pour étayer cette hypothèse, plusieurs données sont incluses, notamment la diffraction des rayons X et l’EPR
- Les phénomènes qu’un supraconducteur devrait présenter sont également montrés
- Effet Meissner : expulsion du champ magnétique
- Changement brutal de résistance à la température critique
- Courbes courant-tension à différentes températures et intensités de champ magnétique, c’est-à-dire des graphes I-V
- Si ces données sont reproduites, il deviendra difficile de mettre en doute la supraconductivité de LK-99
Pourquoi l’affaire peut être tranchée rapidement
- La procédure de synthèse de LK-99 est relativement directe, ce qui permet aux laboratoires de matériaux solides du monde entier de tenter rapidement une reproduction
- La procédure elle-même est assez facile à suivre, au point que les premiers échantillons pourraient bientôt sortir des récipients en quartz
- Jusqu’ici, des affirmations similaires sur des supraconducteurs se sont effondrées lors d’examens approfondis, et des articles du groupe de recherche de Rochester sur les supraconducteurs font aussi face à de nouveaux retraits potentiels en raison de soupçons de manipulation de données
- Dans les cas précédents, la fabrication et l’évaluation exigeaient des équipements très spécialisés, alors que ce rapport a de fortes chances d’être rapidement réfuté ou rapidement confirmé
- Comme lors de la découverte des supraconducteurs en 1987, la question pourrait entrer dans une phase de vérification en très peu de temps
Limites industrielles et impact potentiel
- On ne sait pas encore si LK-99 lui-même pourra devenir un grand matériau industriel
- D’après les données de caractérisation, LK-99 ne semble pas capable de transporter de forts courants dans son état supraconducteur à haute température, alors qu’il s’agit d’une propriété essentielle pour de nombreuses applications
- Les autres supraconducteurs ont eux aussi généralement tendance à voir leur densité de courant diminuer à mesure que la température se rapproche de la température critique
- Le LK-99 synthétisé est un matériau polycristallin, et les jonctions entre domaines cristallins différents peuvent fortement affecter la densité de courant
- Si les supraconducteurs à puits quantiques fonctionnent réellement de cette manière, d’importants efforts de recherche pourraient se concentrer sur la possibilité d’augmenter la densité de courant grâce à une synthèse et une fabrication plus sophistiquées
- Si les résultats sont reproduits, le simple fait que « ce type de matériau puisse exister » constituerait déjà un tournant majeur
- Si des supraconducteurs robustes à température ambiante et à forte densité de courant deviennent possibles, presque tous les domaines alimentés par l’électricité pourraient être touchés : production et transport d’électricité, antennes, stockage de l’énergie, applications magnétiques, centrales à fusion, moteurs électriques, etc.
- À l’heure actuelle, LK-99 n’est peut-être pas ce matériau final, ou pas encore, et il reste possible qu’il ne soit rien de tout cela
1 commentaires
Avis sur Hacker News
L’article original a été résumé de façon très utile
Les auteurs estiment que la structure de déformation/contrainte crée de nombreux puits quantiques entre certains atomes de plomb et les oxygènes des groupes phosphate voisins, formant de fait un gaz d’électrons bidimensionnel
Ils proposent que l’effet tunnel des électrons entre des puits quantiques séparés de 3,7 à 6,5 Å soit le mécanisme de supraconductivité
Je ne suis pas assez spécialiste de physique du solide pour juger cette proposition, mais j’apprécie qu’ils présentent un mécanisme détaillé et vérifiable expérimentalement, avec pas mal de données comme la diffraction des rayons X et l’EPR
Ils montrent aussi des comportements que devrait présenter un supraconducteur, comme l’effet Meissner, une variation brutale de la résistance à la température critique, et des courbes courant-tension selon la température et le champ magnétique
Si ces données sont reproduites, il semble difficile de douter de la supraconductivité de ce matériau
Prouver le fait que c’est supraconducteur est beaucoup plus facile et bien plus important que prouver pourquoi ça l’est
Cela dit, établir une théorie opérante de la supraconductivité à température ambiante aurait aussi de fortes chances de mériter un prix Nobel, donc les physiciens théoriciens doivent déjà être en train de se précipiter vers leurs tableaux
Pour avoir travaillé un peu en physique du solide, je m’attendrais à ce qu’un mécanisme de formation de paires d’électrons fasse partie de l’explication
Le simple effet tunnel entre puits quantiques est un sujet courant depuis les « métamatériaux » des années 80-90
Cela dit, les courbes de mesure ne mentent pas, et je n’ai pas continué à suivre ce domaine de près, donc j’ai envie de garder l’esprit ouvert. J’espère vraiment qu’une révolution de la supraconductivité arrivera
Mieux encore, c’est une affirmation énorme, donc cela deviendra un cas d’école pour montrer comment fonctionne l’épistémologie en science, en particulier ce que signifie la reproduction
J’aimerais savoir si, un jour, cela pourrait être utilisé dans les couches de distribution d’alimentation/horloge des puces semi-conductrices, sans refroidissement massif
New Scientist a obtenu des réponses des auteurs et de plusieurs experts : https://www.newscientist.com/article/2384782-room-temperatur...
Kim n’est coauteur que de l’un des articles arXiv ; l’autre a été rédigé par des collègues du Quantum Energy Research Centre en Corée, dont certains ont aussi déposé un brevet LK-99 en août 2022
Les deux articles présentent des mesures similaires, mais Kim affirme que le second comporte « de nombreuses erreurs » et a été mis en ligne sur arXiv sans son autorisation
Les autres experts contactés par New Scientist se sont également montrés sceptiques vis-à-vis des résultats et des données, et certains craignent qu’une partie des résultats puisse aussi s’expliquer par des erreurs de procédure expérimentale et des défauts dans les échantillons de LK-99
Si c’est vrai, il est surprenant qu’ils aient gardé une telle découverte sous le coude pendant plus de deux ans
Mise à jour : le nom LK-99 semble aussi venir des découvreurs, les Dr Lee et Kim, ainsi que de l’année de découverte, 1999, ce qui pourrait indiquer une histoire encore plus longue : https://kr.linkedin.com/in/ji-hoon-kim-03508b80
Je ne suis pas physicien spécialiste des supraconducteurs, mais je suis ce domaine d’assez près depuis les années 90
On le saura probablement dans la ou les deux prochaines semaines. Pour une expérience aussi facile à reproduire, les enjeux sont trop élevés pour qu’il y ait une raison que cela prenne plus de temps
Un chercheur sur Reddit estime qu’il est très probable qu’il s’agisse non pas de supraconductivité, mais d’un artefact de mesure
Il ne dit pas qu’ils ont trompé qui que ce soit, mais qu’ils ne semblent pas comprendre ce qu’ils observent
Selon lui, les paramètres mesurés et la méthode montrent qu’ils ne maîtrisent pas bien les procédures standard de caractérisation d’un supraconducteur, et l’analyse/la discussion laissent aussi penser qu’ils manquent de connaissances scientifiques sur la théorie de fond
Sa critique est que les deux articles relèvent davantage d’une mauvaise science que d’une intention malveillante, et que même si l’affirmation était vraie, cela resterait de la mauvaise science
Il rappelle que des affirmations similaires ne sont pas rares, et cite par exemple un article disparu sans résultat quelques années plus tôt : https://doi.org/10.48550/arXiv.1807.08572
https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
L’affirmation précédente selon laquelle le graphite pourrait faire la même chose ne me paraît pas exacte
Le graphite peut expulser un champ magnétique, mais il glisse et tombe ; dans les expériences de diamagnétisme, on utilise donc plusieurs aimants pour le maintenir en place
Dans la vidéo, il ne semble pas glisser quelque part ; à mon avis, la vidéo ne montre donc pas du diamagnétisme
https://sciencecast.org/casts/suc384jly50n
Édition : en regardant de nouveau, il semble fixé par un bord, et ce bord semble toujours pointer vers l’extérieur de l’aimant ; je me dis donc que ce pourrait simplement être du diamagnétisme. Ce serait bien que quelqu’un disposant de carbone pyrolytique fasse le test
Édition 2 : 99 % des vidéos YouTube sur le diamagnétisme utilisent plusieurs aimants, et les seules vidéos montrant du diamagnétisme avec un aimant à pôle unique sont des cas où cela ne fonctionne pas : https://youtu.be/D-tW8_SRW3g
Je pense que c’est plus qu’un simple carbone pyrolytique
Le premier article affirme avoir mesuré une résistance nulle à l’échelle du microvolt, mais évite soigneusement de montrer toute la courbe résistance-température
Dans le deuxième article, quand on voit une courbe plus complète, de fortes variations apparaissent même sous Tc ; on peut se demander comment la résistance pourrait varier fortement dans un état supraconducteur à résistance nulle
Dans la figure 1c de l’article 1 aussi, on voit beaucoup de bruit dans l’état ohmique ; à champ magnétique nul, la résistance augmente quand la température baisse, comme dans un isolant, mais avec un champ magnétique appliqué, cela ressemble à un métal. Il y a quelque chose qui cloche dans la mesure
Le choix de 400 K comme température de supraconductivité est aussi étrange. Cela correspond exactement à la limite supérieure mesurable par le système MPMS, donc cela ne semble pas complètement arbitraire
Bien entendu, il aurait fallu mesurer à des températures bien plus élevées avec un accessoire de four, et faire vérifier les résultats par des collaborateurs d’autres laboratoires
Pour une mesure ZFC-FC, 10 gauss est un champ magnétique très faible, et si Tc est supérieur à 400 K, il faut des données à plus haute température pour montrer quelque chose concernant la transition de phase
L’affirmation selon laquelle ils auraient mesuré la densité d’états n’est absolument pas justifiée, et il n’y a même pas de citation. Je ne vois pas comment on pourrait y croire
Globalement, les données comme la présentation de l’article lui-même sont bâclées. S’ils avaient vraiment fait une découverte révolutionnaire, on imagine qu’ils y auraient apporté plus de soin
Pour résumer du point de vue d’un non-spécialiste, si c’est un supraconducteur et que les mesures sont exactes, la figure 5 signifie que l’échantillon doit être parfaitement pur pour devenir supraconducteur
Or le reste de l’article va plutôt dans le sens de la nécessité d’impuretés dans l’échantillon
Il y a donc de fortes chances que ce ne soit pas un supraconducteur, ou que les mesures soient fausses — probablement les deux
Comme ils n’ont jamais correctement atteint la température critique ni montré un effet Meissner complet, si les mesures sont fausses, cela ne constitue de toute façon pas une preuve de supraconductivité, seulement une preuve de diamagnétisme
https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
La figure 1b montre la résistivité à une température inconnue. Ils font passer un courant et mesurent l’absence de chute de potentiel ; il faudrait d’abord indiquer la température, puis mesurer en fonction de la température
L’essentiel est que la résistance tombe à zéro à la température critique, mais ce qu’ils montrent, c’est seulement que les contacts par lesquels ils injectent le courant sont probablement rompus
À mes yeux, cela ne passe pas la vérification de base. J’ai aussi expliqué sur Reddit pourquoi je pense que ça n’a pas de sens
La seule manière pour que cela tienne serait que tout soit fabriqué, auquel cas il faut garder toutes les possibilités ouvertes
Je ne connais pas assez les autres parties pour me prononcer, mais la figure 1b est tellement absurde avec un minimum de connaissances que la véracité du reste me paraît très douteuse
Je ne sais pas dans quelle mesure il faut accorder de l’importance au fait qu’il dise « travailler sur le mécanisme MIT des systèmes fortement corrélés, le mécanisme du Tc élevé dans les supraconducteurs cuprates, les dispositifs MIT et les transistors quantiques »
https://www.quora.com/profile/Hyun-Tak-Kim?share=1
Un point intéressant vu sur Twitter : dans les deux articles publiés, les deux premiers auteurs sont « Lee » et « JH Kim », et ils sont liés au nom du matériau LK-99
Le premier article a été publié par YW Kwon, qui s’est placé en troisième auteur, et le second a été publié quelques heures plus tard par Hyun-Tak Kim, qui s’est lui aussi placé en troisième auteur
Si l’on considère qu’un prix Nobel ne peut citer que trois personnes au maximum, il est possible que tout le monde voie ce résultat comme digne d’un prix Nobel, et que ces articles n’aient pas été suffisamment aboutis ou rigoureux à cause d’un drame interne / d’une course à la publication
YW Kwon a peut-être publié sans autorisation pour voir son nom y figurer, ce qui aurait poussé Hyun-Tak à mettre en ligne sa propre version en urgence quelques heures plus tard
Cela me rappelle l’article d’il y a une dizaine d’années qui disait avoir mesuré des neutrinos plus rapides que la lumière
À l’époque, les auteurs avaient clairement dit quelque chose comme : « Nous avons probablement tort, mais nous ne savons pas où nous nous sommes trompés. Et si nous avions raison et que cela renversait la théorie de la relativité ? »
Au final, c’était une erreur de mesure [1]
Celui-ci pourrait aussi relever de ce cas, mais le fait que les auteurs principaux aient publié deux versions de l’article, dont une avec seulement trois noms — apparemment parce que le prix Nobel ne peut être attribué qu’à trois personnes au maximum — donne une impression de moins grande modestie ou de moindre vulnérabilité qu’à l’époque
J’espère quand même qu’ils ont raison
[1] https://www.nature.com/articles/nature.2012.10099
C’est plutôt comparable à la longue lignée d’affirmations du type « cette fois, c’est le vrai supraconducteur à température et pression ambiantes ! », mais ce n’est pas une découverte qui entre en conflit avec les modèles physiques actuels
Le fil « The first room-temperature ambient-pressure superconductor? », déjà largement recommandé et discuté, vient à peine d’être repoussé en page 2 : https://news.ycombinator.com/item?id=36864624
Cela dit, le sujet est exceptionnellement intéressant et en cours d’évolution, et les explications de Lowe sont généralement bien accueillies et suscitent de bonnes réactions sur HN ; dans ce cas, un certain doublon peut donc sembler justifié
Cette vidéo montrant l’effet Meissner semble être la plus facile à reproduire : https://sciencecast.org/casts/suc384jly50n
Il suffirait d’envoyer un échantillon à un autre laboratoire et de le poser sur un gros aimant
À ma connaissance, les seules explications possibles à ce phénomène sont la supraconductivité à température ambiante ou un fort diamagnétisme ; même la seconde option serait assez impressionnante
https://scitoys.com/scitoys/scitoys/magnets/pyrolytic_graphi...
https://youtu.be/Wk3seHNmNs8
Si l’on s’attend à ce que ce matériau soit presque facile à synthétiser, je me demande pourquoi le groupe de recherche original n’a pas fait valider l’un de ses échantillons par un organisme externe indépendant avant de le publier sur arXiv
Y avait-il une raison interne ou une pression qui les obligeait à rendre cela public maintenant ?
Je ne sais pas s’ils ont travaillé discrètement pendant deux ans après le dépôt de brevet, puis publié dans l’urgence parce que le risque de fuite devenait trop grand, ou s’ils avaient déjà obtenu une confirmation externe indépendante mais étaient si confiants que tout le monde pourrait bientôt le reproduire qu’ils n’ont pas jugé nécessaire de la partager
Sinon, j’aurais pensé qu’ils auraient préparé à l’avance 100 échantillons à envoyer à quiconque voudrait vérifier
La personne extérieure indépendante qu’ils ont choisie semble être Hyun-Tak Kim
Maintenant que tout le monde peut tester, si c’est réel, on le saura bientôt
S’ils craignaient une fuite, c’est aussi une manœuvre habile dans la mesure où ils gardent le contrôle de l’annonce
Un point étrange qui n’a pas encore été beaucoup discuté est que la capacité thermique de LK-99 rapportée diminue au-dessus de 250 K. C’est assez inhabituel, et je me demande s’il y a eu des explications à ce sujet
« Je travaille dans ce domaine, et nous n’en croyons pas un mot. Le jeu de données de la figure 4(b) vaut aussi le coup d’œil. Il est très inhabituel que la capacité thermique rediminue à haute température. À basse température, cela peut arriver, mais pas à haute température. Personnellement, je pense que les auteurs ont mesuré un isolant : aucun courant ne circulait, donc aucune tension n’était apparue non plus (mesure à quatre pointes). Cela peut alors ressembler à un supraconducteur. Mais si l’on augmente le courant, c’est-à-dire la tension appliquée, une rupture diélectrique peut se produire et le courant peut commencer à circuler. Cela expliquerait alors l’augmentation brutale »
Le plus étrange, c’est que ce matériau semble avoir été développé il y a plusieurs années, que la vidéo du fragment en lévitation a été mise en ligne il y a trois mois, et qu’il paraît facile de produire des échantillons supplémentaires, alors que l’article se lit comme s’il avait été rédigé à la hâte en moins d’une semaine
L’anglais n’est peut-être pas leur langue maternelle, mais la façon de présenter les figures n’est pas bonne non plus
On n’a pas non plus l’impression qu’ils aient mené des expériences de grande qualité pendant cette période. Si j’avais découvert un matériau magique capable de changer le monde, je pense que j’aurais fait beaucoup plus d’efforts pour réaliser au plus vite de bonnes expériences et publier un bon article
La vidéo de mauvaise qualité et les graphiques bâclés rappellent la fraude de Victor Ninov
Qui a le plus intérêt à se rendre aussi crédible que possible : un escroc, ou le futur prix Nobel détenteur d’un brevet sur une technologie qui va bouleverser le monde ?
Pour que l’arnaque du premier réussisse, il faut que le lecteur y croie ; le second en a moins besoin, puisque la vérité deviendra bientôt évidente
Le but peut être de dissimuler quelque chose, qu’il s’agisse de fausses données ou de vraies
Si c’est faux, je serais curieux de connaître les coulisses. Même si ce n’était pas intentionnel, la carrière des personnes impliquées en prendrait un sérieux coup ; si c’était intentionnel, cela ressemblerait plutôt à « chercher du travail dans un autre domaine »
Si c’était intentionnel, comment ont-ils pu penser qu’ils ne se feraient pas prendre ? Si ce ne l’était pas, comment ont-ils pu publier une affirmation aussi extraordinaire sans être absolument certains de ce qui se passait ?
Si c’était une « course à la publication », pourquoi ne pas l’avoir fortement souligné dans l’article, en le remplissant d’indices et de réserves ? En plus, à en juger par ce commentaire, on dirait qu’ils l’avaient sous le coude depuis un bon moment
Aucune des possibilités ne paraît plausible, mais au final l’une d’elles doit forcément être vraie. Pour le bien de tous, j’espère que c’est exactement ce qui est écrit