- LK-99 a attiré l’attention avec une affirmation en preprint selon laquelle il présenterait une supraconductivité à température ambiante et à pression ambiante ; si cela est reproduit, cela pourrait affecter presque tous les domaines qui utilisent l’électromagnétisme
- La procédure de synthèse est relativement simple, ce qui permet à de nombreux laboratoires de la vérifier rapidement, mais l’échantillon d’origine est polycristallin et hétérogène, ce qui laisse une marge d’instabilité dans les résultats de reproduction
- La vidéo de lévitation magnétique de la Huazhong University of Science and Technology en Chine a renforcé l’intérêt, mais la vidéo seule ne suffit pas à confirmer une reproduction de la supraconductivité à température ambiante due à l’effet Meissner
- De nouveaux calculs DFT du Shenyang National Laboratory et de Lawrence Berkeley montrent que la structure rapportée de LK-99 pourrait être compatible avec une possible supraconductivité, sans nécessairement exiger une physique entièrement nouvelle
- Il reste des inconnues sur la position de substitution du cuivre, la fragilité de la structure électronique et une possible anisotropie cristalline ; il faut donc des données de validation allant au-delà d’échantillons massifs propres et de vidéos sur les réseaux sociaux
L’affirmation autour de LK-99 et la difficulté de reproduction
- LK-99 a émergé avec une affirmation en preprint selon laquelle il présenterait une supraconductivité à des températures bien supérieures à l’ambiante et à pression ambiante
- Un tel matériau est un objectif poursuivi depuis longtemps en science des matériaux et en physique de la matière condensée, et jusqu’ici il relevait surtout de la science-fiction
- S’il existe réellement, il pourrait fortement améliorer les applications fondées sur l’électromagnétisme, selon la densité de courant supportable
- Des affirmations extraordinaires exigent des preuves extraordinaires, et ce type de cas s’effondre souvent sur des problèmes de reproductibilité
- Cette synthèse n’est pas particulièrement complexe et ne nécessite ni matériaux ni équipements spéciaux, ce qui permet à de nombreux laboratoires de tenter immédiatement la reproduction
- Les auteurs d’origine ont toutefois eux-mêmes indiqué que l’échantillon était polycristallin et hétérogène, et rien ne garantit que la méthode de fabrication rapportée soit optimale
- Les variables de reproduction incluent la pureté des matériaux de départ, la présence d’oxygène, la taille des particules, les vitesses de chauffage et de refroidissement, ainsi que la taille et la forme du récipient
Problèmes liés aux auteurs des preprints et état des articles
- Les preprints concernés sont parus à peu d’intervalle sous la forme d’un article à trois auteurs et d’un autre à six auteurs
- Le preprint à trois auteurs pourrait être retiré, car l’un des auteurs l’aurait soumis sans en discuter avec une partie des autres auteurs
- L’article à six auteurs est en préparation pour soumission à une revue avec comité de lecture, et le preprint lui-même a déjà été révisé
- La situation interne réelle pourrait ne devenir claire qu’avec le temps
- Dans le contexte d’une possible découverte d’un supraconducteur à température ambiante, l’attente et la confusion ont augmenté en même temps
Au 1er août : affirmations de reproduction et vidéo de lévitation magnétique
- Au matin du 1er août, il existe un signalement encore non vérifié selon lequel la Huazhong University of Science and Technology, en Chine, aurait reproduit le résultat
- La vidéo publiée montre un objet qui pourrait être un échantillon de LK-99 flottant au-dessus d’un aimant et adoptant différentes orientations par rapport à celui-ci
- Ce changement d’orientation est un indice important
- Même un matériau simplement paramagnétique peut léviter dans un champ magnétique suffisamment fort
- Des matériaux diamagnétiques comme des gouttes d’eau ou des grenouilles peuvent aussi léviter
- Dans ce cas, ils peuvent revenir vers une orientation particulière, comme l’aiguille d’une boussole
- Un supraconducteur est en revanche un diamagnétique parfait, en ce sens qu’il expulse le champ magnétique
- L’effet Meissner est le phénomène par lequel un matériau expulse le champ magnétique qui traversait son intérieur lorsqu’il entre dans l’état supraconducteur à la température appropriée
- Cette vidéo dépend de l’explication donnée par son auteur et son diffuseur, et d’autres explications restent possibles, même sans supraconductivité à température ambiante
- Il est encore trop tôt pour considérer qu’une seule vidéo constitue une véritable reproduction
Ce que montrent les calculs DFT
- Deux nouveaux preprints partent des données de structure aux rayons X rapportées pour LK-99 et prédisent son comportement par des calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT)
- Les deux calculs aboutissent à des conclusions très proches et suggèrent qu’un matériau comme LK-99 pourrait fonctionner
- C’est une évolution importante, car cela signifie qu’il ne serait peut-être pas nécessaire de supposer une physique entièrement nouvelle pour expliquer LK-99
- Le calcul de Griffin a trouvé un ensemble isolé de flat bands traversant le niveau de Fermi, avec une largeur de bande maximale d’environ 130 meV et une séparation de 160 meV avec le reste de la bande de valence
- Une faible largeur de bande indique des bandes fortement corrélées ; la bande Cu-d est particulièrement plate, avec un élargissement limité par les ions oxygène voisins
- Si l’hypothèse existante selon laquelle la flatness des bandes induit la supraconductivité est correcte, ce résultat suggère une phase supraconductrice plus robuste et à plus haute température que dans les systèmes de supraconductivité à haute température bien connus
Structure électronique, position de substitution et anisotropie cristalline
- Dans un solide, le niveau de Fermi est l’énergie théorique à laquelle la probabilité qu’un électron occupe un niveau d’énergie donné est de 50 %, ce qui correspond à peu près à la position naturelle des électrons de conduction mobiles
- Les électrons d’un solide sont modélisés comme occupant plusieurs bandes d’énergie, séparées par des band gaps
- Dans un isolant, le niveau de Fermi se trouve dans une large bande interdite, ce qui rend difficile la circulation d’un courant, tandis que dans un métal, une ou plusieurs bandes traversent le niveau de Fermi
- L’article de Griffin considère, comme le preprint d’origine, que le résultat calculé tient lorsque le cuivre se substitue à la position Pb(1) dans la structure apatite au plomb
- Mais il semble énergétiquement plus favorable que le cuivre entre en position Pb(2), ce qui pourrait rendre difficile l’obtention stable d’une substitution du cuivre en Pb(1)
- Ce problème de position de substitution pourrait expliquer la variabilité de la reproduction de LK-99 ou la difficulté à obtenir des échantillons massifs propres
- L’équipe de Shenyang considère également que l’apatite au plomb d’origine est un très bon isolant, mais que le changement structurel provoqué par l’introduction d’atomes de cuivre correspond aux données expérimentales du preprint coréen et entraîne une forte transition vers un état métallique
- Les calculs de Shenyang ont trouvé, autour du niveau de Fermi, une flat band à moitié remplie et une flat band complètement remplie, qu’ils jugent importantes pour étudier la supraconductivité rapportée
- L’équipe prédit aussi qu’un matériau aux propriétés similaires pourrait être obtenu en substituant des atomes d’or à la position Pb(1)
- Le preprint de Shenyang estime que les unités PO4 autour des colonnes cylindriques formées par les atomes Pb2 présentent des propriétés isolantes, et qu’un canal de conduction quasi unidimensionnel apparaît le long de l’axe c via les atomes O2 occupés à 1/4
- Quatre VHS ont été observés dans les deux flat bands, ce qui indique que les propriétés électroniques pourraient être fragiles face à des distorsions structurelles à basse température
- S’il est possible de produire du LK-99 monocristallin, la supraconductivité pourrait n’apparaître que le long d’un seul axe cristallin
- En reliant des fils à deux faces opposées bien précises, on pourrait observer la supraconductivité, alors qu’elle pourrait ne pas apparaître sur d’autres faces
- Dans les matériaux supraconducteurs existants, les joints de grains ont déjà un fort impact sur l’efficacité, et les échantillons polycristallins de LK-99 pourraient être défavorables à l’apparition d’un effet marqué
Évaluation actuelle
- Les calculs de Shenyang et de Lawrence Berkeley constituent une évolution positive et permettent dans une certaine mesure de sortir LK-99 de la catégorie du « impossible à expliquer »
- Lorsqu’une nouvelle physique est requise, le niveau de preuve demandé est bien plus élevé, mais ces calculs montrent qu’une possibilité existe aussi dans le cadre théorique actuel
- Il faut davantage de données de reproduction, ainsi que des preuves allant au-delà de vidéos sur les réseaux sociaux
- À ce stade, c’est la tentative la plus crédible de supraconductivité à température ambiante et à pression ambiante que le monde ait vue, et les prochains jours comme les prochaines semaines seront décisifs
1 commentaires
Avis de Hacker News
Il est difficile d’imaginer les répercussions du point d’inflexion où nous nous trouvons. Même hier soir, c’était difficile à expliquer, mais nous sommes peut-être en train d’assister au début d’une ère de transition technologique comparable à celle de l’invention de la jonction p-n.
Depuis le point de vue des années 1940, il aurait été difficile d’imaginer la technologie d’aujourd’hui. On pourrait avoir la transmission d’énergie sans pertes, des batteries qui n’ont pas besoin de temps de charge, voire des CPU bien plus rapides qui ne vous brûlent pas les genoux. Est-ce qu’on va enfin avoir des voitures volantes ?
Les métaux, en particulier le cuivre, sont déjà des conducteurs incroyablement bons.
J’ai maintenant presque 50 ans, donc si je montais dessus je finirais probablement par me tuer en tombant, mais j’essaierais quand même au moins une fois.
En voyant la prédiction selon laquelle « remplacer un atome de plomb sur le site Pb(1) par un atome d’or pourrait donner un matériau aux propriétés très similaires », et comme le matériau de base est de l’apatite au plomb, j’ai eu une idée saugrenue.
Les alchimistes du Moyen Âge qui essayaient de transformer le plomb en or étaient peut-être partis dans le sens inverse : le vrai tournant serait plutôt de doper le plomb avec de l’or :-)
Une nouvelle vidéo de reproduction est sortie en Chine.
https://twitter.com/lereguy/status/1686363900651151360
C’est passionnant, mais j’essaie de garder mon calme. Bonne chance à toutes les personnes impliquées.
Je ne savais pas que la science pouvait devenir un sport de spectateur aussi palpitant.
Une compétition mortelle, des démonstrations promotionnelles, et à chaque nouveau rebondissement, l’orgueil de personnes, d’institutions et de nations en jeu.
Donc pas d’IRM, pas de fusion, et probablement pas non plus de machines électriques comme des générateurs ou des moteurs.
Les résultats DFT sont clairement intéressants, mais je précise que mon domaine, c’est la physique expérimentale de la matière condensée pour ce type de matériaux, pas la théorie. D’après ce que je comprends, les bandes plates, qui sont au cœur de leur conclusion, peuvent être une condition nécessaire à la supraconductivité du type qu’ils évoquent, mais pas une condition suffisante.
En physique expérimentale de la matière condensée, il arrive qu’on tolère qu’après une bonne expérience, on ajoute une « justification théorique » un peu immature pour apaiser les relecteurs. Je ne serais donc pas surpris si une supraconductivité réelle apparaissait sans aucun rapport avec le mécanisme proposé dans l’article. J’aimerais voir une caractérisation plus solide, et que les labos qui travaillent à la reproduction examinent les points clés.
Cela dit, mes connaissances datent d’il y a environ 20 ans et, même si j’ai un article PRB en premier auteur, il ne faut pas me faire davantage confiance qu’à des chercheurs actifs. Je ne suis tout de même pas complètement ignorant.
Cela pourrait expliquer pourquoi la synthèse est difficile. Ces simulations ne sont pas parfaites, mais quand l’expérience donne une direction et que la corrélation est forte, cela peut être un bon signe qu’on a obtenu une explication mécanique du phénomène.
Je suis content de ne pas être le seul à avoir trouvé assez prometteur le preprint avec les calculs DFT
Cela dit, il montre aussi qu’obtenir la substitution souhaitée est très difficile. En particulier, l’approche proposée par certains — « casser le composé et le séparer » — a de fortes chances de ne pas fonctionner. L’hétérogénéité existe au sein du même cristal, et si le Cu remplace le Pb en position {1}, c’est une bonne chose, mais s’il remplace le Pb en position {2}, c’est mauvais
C’est pourquoi la méthode de synthèse très détournée privilégiée par les auteurs — faire réagir du phosphure de cuivre avec de la lanarkite pour produire beaucoup de sulfure de cuivre comme sous-produit — a peut-être été nécessaire pour faire apparaître des propriétés intéressantes. Maintenant que l’on a une idée de ce qu’il faut chercher, on pourrait aussi concevoir d’autres méthodes de synthèse en gardant en tête le type de substitution du cuivre à obtenir et les moyens de déterminer si elle a bien été obtenue
Bien sûr, il reste possible que tout cela soit une grosse erreur, mais il faudrait désormais plusieurs erreurs qui s’emboîtent les unes dans les autres. Si cette hypothèse est la bonne, parvenir à la substitution sélective nécessaire dans des échantillons massifs de haute qualité pourrait prendre longtemps ; je ne m’attends donc pas à une avalanche de nouvelles technologies à court terme
Les bandes plates peuvent signifier beaucoup de choses, et la structure cristalline supposée par Griffin a peut-être été choisie parce qu’elle semblait plausible. Le CMTC estime lui aussi que l’article de Griffin ne change pas vraiment la donne et que la reproductibilité reste faible : https://twitter.com/condensed_the/status/1686373904044949504...
Je ne suis pas totalement convaincu, mais ce n’est clairement pas rien
C’est juste du délire ? https://twitter.com/iris_IGB/status/1685322871306928128
J’aimerais bien voir à quoi ressemblaient, la semaine dernière, les volumes de commandes quotidiennes d’oxyde de plomb(II) et de poudre de phosphure de cuivre sur le site de la chaîne d’approvisionnement de Sigma Aldrich
Je suis surpris que les grands médias semblent l’ignorer pour l’instant. J’ai cherché LK-99 sur Google Actualités, et il n’y avait aucun article de grand média ; les résultats de recherche du NYTimes renvoyaient à un article de 1974
C’est surtout sur ce dernier point qu’il était préférable d’attendre. On ne savait même pas encore si cela dépasserait le stade de « certains scientifiques ont peut-être commis une grosse erreur, ou peut-être pas ». Maintenant que plusieurs équipes disent que c’est possible ou que cela s’est déjà produit, les articles des grands médias devraient commencer à arriver. Ce n’est pas de l’ignorance, c’est de la prudence, et les journalistes scientifiques doivent suivre ça comme des faucons
Les médias reconnus sont utiles parce qu’ils servent de filtre fiable au bruit d’Internet. Je regarde les premières rumeurs sur des sites comme celui-ci, puis je vais chez eux pour le contenu filtré, organisé et mis au point
Les articles originaux sont deux papiers publiés alors qu’on ne sait pas vraiment si la publication sur arXiv est largement acceptée dans ce domaine, et le journalisme scientifique attend généralement la parution d’un article relu par les pairs dans une revue reconnue. Certains médias spécialisés en ont déjà parlé, et on peut aussi classer In The Pipeline de Derek Lowe dans cette catégorie
[1] Par exemple : https://nitter.net/i/status/1686373516286005248 — explique pourquoi même les récents articles de confirmation théorique sont peu convaincants
Qu’il y ait succès ou non, il y a matière à information. Rien qu’avec le mystère, le contexte humain, les tentatives de reproduction par Argonne, la Chine et des scientifiques indépendants, il y a plein de sujets fascinants immédiatement exploitables
Ce qui est encore plus étrange, c’est que le NYT a bien publié un article sur la rétractation de l’article de Dias sur un supraconducteur. Cet article n’était même pas sur mon radar, car il ne m’intéressait pas s’il ne s’agissait pas d’un supraconducteur susceptible de représenter un grand bond en avant pour des applications pratiques
Mais qu’est-ce qu’ils fabriquent ?
Il n’est pas juste de dire que les grands médias l’ignorent. La découverte potentielle vient littéralement tout juste d’apparaître, et le manque de notoriété, combiné à la prudence vis-à-vis des preuves, explique qu’ils ne l’aient pas encore traitée
Tentative de reproduction échouée : transport semi-conducteur dans Pb10-xCux(PO4)6O fritté à partir de Pb2SO5 et Cu3P
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2307/2307.16802.pdf
Les gens s’en servent pour attaquer des domaines comme la recherche sur le cancer, mais malheureusement c’est un problème fondamental de la science. Un article scientifique n’est pas un cristal de vérité distillée ; il ressemble plutôt à un commit de travail en cours. Si l’on attend de connaître tous les détails avant de publier, les découvertes scientifiques ralentissent à une vitesse d’escargot et d’innombrables découvertes sont manquées.
Ils ont testé un autre matériau.
Oh, le phénomène de citation est bel et bien en train de se produire.