Possibilité d’un effet Meissner près de la température ambiante dans l’apatite de plomb substituée au cuivre
(arxiv.org)- Dans l’apatite de plomb substituée au cuivre (CSLA), de la famille LK-99, une hystérésis M-H sous 250 K et une bifurcation ZFC-FC au-dessus de 300 K ont été observées, laissant ouverte la possibilité d’un effet Meissner près de la température ambiante
- Les chercheurs ont choisi la composition Pb9.1Cu0.9(PO4)6S afin de réduire le ferromagnétisme dû à un dopage excessif au cuivre, puis ont préparé les échantillons par coprécipitation, traitement hydrothermal et calcination sous atmosphères d’argon puis d’oxygène
- À 25 Oe, toutes les courbes M-T ont montré un comportement diamagnétique, mais à 200 Oe elles deviennent paramagnétiques, ce qui concorde avec le Hc1 d’environ 30 Oe des précédentes expériences d’absorption micro-ondes à faible champ magnétique
- Dans les mesures M-H, les signaux dans la plage ±500 Oe à 250 K, 200 K et 100 K sont globalement paramagnétiques, mais une boucle d’hystérésis de type supraconducteur est observée sous 10 Oe
- La fraction active dans l’échantillon étant très faible, le signal est extrêmement ténu ; la DRX laisse aussi subsister la possibilité d’interférences dues à des oxydes résiduels et au sulfure de cuivre, ce qui rend nécessaire une synthèse extensible contenant davantage de composant actif
Objectif expérimental : vérifier l’effet Meissner
- Le diamagnétisme parfait, c’est-à-dire l’effet Meissner, est l’un des critères fondamentaux pour évaluer un candidat supraconducteur
- L’évaluation de l’effet Meissner nécessite généralement deux observations conjointes
- une courbe M-T diamagnétique présentant une bifurcation entre les mesures ZFC et FC
- une boucle d’hystérésis M-H de type supraconducteur avec un champ critique net sous la température critique
- L’apatite de plomb substituée au cuivre (CSLA), ou LK-99, a été évoquée comme candidat supraconducteur à température ambiante, mais un effet Meissner complet n’a pas encore été confirmé
- Cette étude se concentre sur l’observation directe de l’hystérésis en courant continu (dc), qui faisait défaut dans les rapports précédents
- Lee et al. ont rapporté un fort diamagnétisme, mais Habamahoro et al. l’ont interprété comme provenant de Cu2S
- Les mesures dc précédentes ne présentaient pas la boucle d’hystérésis essentielle, qui n’avait été observée que dans des conditions micro-ondes
Préparation des échantillons et procédure de mesure de l’aimantation
- Un échantillon Pb9.1Cu0.9(PO4)6S à dopage en cuivre ajusté a été conçu et préparé afin de réduire le signal ferromagnétique
- La préparation s’est déroulée dans l’ordre suivant
- mélange de phosphates et de sulfure de plomb en solution aqueuse par coprécipitation
- chauffage sous haute pression à 180 °C pendant 24 heures, à pH 8
- calcination à 900 °C pendant 8 heures sous atmosphère d’argon
- abaissement de la température à 500 °C, puis calcination supplémentaire pendant 48 heures sous atmosphère d’oxygène pur
- refroidissement jusqu’à la température ambiante en présence d’oxygène
- Selon des travaux antérieurs, même avec les méthodes de synthèse les plus récentes, la fraction supraconductrice de la CSLA reste très faible et le champ critique est bas, de l’ordre de quelques dizaines d’Oe
- Un fort signal paramagnétique pouvant masquer une éventuelle supraconductivité à faible champ magnétique, la pureté de l’échantillon est importante ; toutefois, réduire le taux de dopage au cuivre peut aussi affaiblir le signal observé
- En raison du fort effet mémoire de la phase de verre de vortex (vortex glass phase), un échantillon exposé à un champ magnétique intense peut conserver son historique d’aimantation, ce qui impose de concevoir la procédure de mesure avec prudence
- Les mesures d’aimantation dc ont été réalisées avec un SQUID MPMS-3, en utilisant le positionnement manuel et les données Fixed Center dc moment
- Après mesure des courbes ZFC à 25 Oe et 200 Oe sur un échantillon relaxé sans aimantation initiale, des courbes M-H ont été mesurées à 300 K, 250 K, 200 K et 100 K
- Ensuite, l’échantillon a été désaimanté à champ magnétique nul et refroidi jusqu’à 10 K, puis les courbes ZFC-FC ont été de nouveau mesurées afin de vérifier la supraconductivité et l’effet mémoire de phase vitreuse
Diamagnétisme et effet mémoire des courbes M-T
- Les courbes M-T montrent une bifurcation ZFC-FC nette, avant comme après le balayage du champ magnétique
- À 25 Oe, toutes les courbes présentent un comportement diamagnétique
- À 200 Oe, un comportement paramagnétique apparaît
- Cela correspond au faible champ critique Hc1 = 30 Oe proposé par les études d’absorption micro-ondes à faible champ magnétique
- La courbe ZFC après l’aimantation initiale est plus basse qu’auparavant, avec une inflexion nette autour de 100 K
- Le dernier balayage de champ magnétique ayant été effectué à 100 K avant le refroidissement, cette inflexion montre un effet mémoire de phase vitreuse
- Un point de transition apparaît également vers 250 K, qui peut être interprété comme la température critique Tc
- À 200 Oe, la courbe s’infléchit vers le bas sous 50 K, ce qui rend le comportement de phase vitreuse plus clairement observable
Hystérésis M-H observée à faible champ magnétique
- Les courbes M-H mesurées à 250 K, 200 K et 100 K présentent globalement un signal paramagnétique dans les régions de champ magnétique élevé
- Sous 10 Oe, une boucle d’hystérésis typique des supraconducteurs est clairement observée
- La partie active dans l’échantillon étant très faible, le rapport signal sur bruit des données brutes est relativement faible
- Au-dessus de 250 K, aucune hystérésis ne peut être confirmée
- Une asymétrie apparaît lors du balayage du champ magnétique dans les sens direct et inverse
- Près du champ magnétique nul, le pic négatif est plus aigu que le pic positif
- La même asymétrie avait déjà été observée en absorption micro-ondes
- Le premier balayage du champ magnétique ayant été effectué dans le sens direct, il est possible que l’échantillon ait généré des courants de vortex associés et les ait mémorisés, mais cela devra être confirmé à l’avenir
Aimantation initiale, DRX et incertitudes restantes
- Dans la boucle d’hystérésis, l’aimantation à 25 Oe est positive, mais elle apparaît négative dans les courbes M-T, faisant de la courbe d’aimantation initiale une variable clé de l’interprétation
- En examinant séparément la courbe d’aimantation initiale et la première courbe de balayage inverse, l’aimantation sous 50 Oe est négative dans la courbe initiale
- Cela suggère un mécanisme d’aimantation particulier
- Une hystérésis existe également à température ambiante, avec un point de bifurcation d’environ 350 Oe
- Cette hystérésis a aussi été observée en absorption micro-ondes et est interprétée comme provenant de la phase de verre de vortex
- À basse température, le point de bifurcation augmente et un pic apparaît à faible champ magnétique, ce qui laisse envisager l’existence d’une phase de Meissner
- Les données DRX ont été affinées avec le module Reflex de Materials Studio et concordent avec les caractéristiques de la structure P63/m de l’apatite
- De petits écarts apparaissent dans les plages 25–27° et 30–40°, possiblement dus à des oxydes résiduels
- Malgré une longue calcination sous atmosphère d’oxygène pur, l’ajout intentionnel de soufre durant la synthèse rend difficile l’élimination complète des interférences du sulfure cuivreux
- Le diamagnétisme de la CSLA a été étudié à la fois dans les courbes M-T et les boucles d’hystérésis M-H, et l’observation est possible jusqu’à 250 K
- La présence d’une bifurcation ZFC-FC au-dessus de 300 K laisse ouverte la possibilité d’observer une supraconductivité à température ambiante, mais le signal de l’échantillon actuel est très faible, ce qui rend nécessaire la synthèse d’échantillons extensibles contenant davantage de composant actif
1 commentaires
Avis sur Hacker News
Pour ajouter un peu de contexte, deux équipes chinoises suivaient publiquement les supraconducteurs à température ambiante dérivés de LK-99 ; on les appelait arbitrairement « équipe du nord de la Chine » et « équipe du sud de la Chine »
L’équipe du nord de la Chine était dirigée par Hongyang Wang à Pékin, et celle du sud par Yao Yao à Guangzhou
Les deux équipes utilisaient des méthodes de synthèse et d’analyse différentes : l’équipe du nord recourait à la synthèse hydrothermale et à des mesures SQUID, tandis que l’équipe du sud utilisait la synthèse à l’état solide et des mesures EPR
Le présent article est une publication conjointe des deux groupes ; ils ont reproduit leurs résultats respectifs, et même si l’article reste ambigu, les billets en coulisses l’indiquent clairement
Ils ont mesuré un signal net de supraconductivité ; 250 K est certain, mais 300 K ne l’est pas, d’où l’expression « near room temperature »
À lire les billets en coulisses, le mot « possible » relève pratiquement davantage de la modestie
Si le sujet vous intéresse, ces billets en coulisses valent vraiment la peine d’être lus : https://www.zhihu.com/question/637763289 c’est en chinois ; Hongyang Wang y est 真可爱呆, et Yao Yao 洗芝溪
La fois précédente aussi, il y avait un « possible effet Meissner », mais il s’est finalement avéré s’agir de diamagnétisme
Il n’y a rien à perdre à rester prudent jusqu’à ce que d’autres preuves s’accumulent
« Première loi de la supraconductivité : restez loin des physiciens théoriciens. » On se demande si les règles ne sont pas faites pour être enfreintes
Il y a aussi un passage où l’auteur raconte qu’il n’avait pas été ivre depuis des années, mais que vendredi dernier, on n’arrêtait pas de lui envoyer des photos de résultats expérimentaux et des mesures en temps réel ; il buvait un verre à chaque réception, a fini complètement hors service, et ses étudiants ont dû le ramener sur leur dos, ce qu’il trouve embarrassant
Parce qu’il faudrait croire que, même si LK-99 était bidon, en essayant d’en fabriquer une variante, parmi d’innombrables tentatives, ils seraient tombés par hasard sur un composé qui fonctionne
C’est moins convaincant que si cela venait d’une piste de recherche totalement différente et encore valide
Il s’est produit des choses plus étranges dans l’histoire de la science et de la technologie, mais pas tant que ça
Ici, « current » est un jeu de mots entre courant électrique et actuel
Je me demande aussi quelle pression est nécessaire pour obtenir cet effet, et s’il existe d’autres conditions qui limiteraient son usage pratique
250 K, c’est -23 °C, ou -9 °F, soit à peu près une froide journée d’hiver ; on peut donc vraiment dire que c’est presque la température ambiante
Ce n’est pas encore les conditions STP, c’est-à-dire température et pression standard, 0 °C/1 atm, mais cela pourrait bientôt le devenir
https://www.indstate.edu/cas/chem_phys/filling-nmr-magnet
Refroidir les supraconducteurs existants à l’hélium coûte cher et exige un gros équipement
Si l’on pouvait refroidir un supraconducteur avec un petit module Peltier ou une configuration de type réfrigérateur classique, ce serait un avantage énorme
Du point de vue du Texas, j’ai du mal à considérer que -9 °F soit presque la température ambiante, mais un congélateur descend parfois jusque-là
Ce qui est encourageant, c’est qu’il suffit qu’il existe un seul cas réel
Un seul suffit, et on a l’impression qu’on s’en rapproche un peu plus chaque année
Il faut voir s’il est assez ductile pour être transformé en fil ou en feuille, s’il se corrode rapidement, s’il est stable à long terme, s’il forme trop facilement des alliages avec d’autres métaux, etc.
Les matériaux ont énormément de propriétés importantes, à la fois pour la fabrication et pour l’usage ; certains problèmes peuvent être corrigés par d’autres procédés, mais pas tous
Malgré tout, en trouver un reviendrait un peu à enfoncer la porte d’une pièce pleine de possibilités liées
Tant que ce n’est pas reproduit indépendamment, ce n’est pas de la science
D’ici là, on est plutôt dans « intéressant, mais je n’y crois pas tant que quelqu’un d’autre n’a pas montré que ce n’est pas un artefact »
Chaque fois que quelqu’un procède d’une manière ne serait-ce qu’un peu différente et affirme que ça fonctionne, le compteur repart à zéro
La supraconductivité à température ambiante serait une avancée gigantesque, mais il resterait beaucoup d’obstacles à franchir avant d’en faire un produit réel
Lien vers une photo où l’échantillon flotte sous un aimant : https://nitter.net/pronounced_kyle/status/174272502945091611...
L’une des théories connues expliquant les photos de « lévitation » de LK-99 est que le matériau lui-même est diamagnétique et repousse donc l’aimant, mais qu’il contient des impuretés de fer qui sont attirées par l’aimant
Ainsi, un minuscule fragment de fer collé à un coin d’un petit morceau adhère à l’aimant, tandis que la majeure partie du reste est repoussée, donnant une apparence de « semi-lévitation » avec un seul coin en contact
Avec le temps, on en vient à reconnaître l’aspect récurrent de ces échantillons inclinés, presque en suspension mais pas complètement
De plus, si la photo est prise dans une pièce sombre avec une grande ouverture, le point où l’échantillon touche l’aimant peut devenir optiquement flou
Les photos macro de très petits échantillons sont particulièrement vulnérables à cet effet : même s’ils sont réellement en contact, il peut sembler y avoir un « espace » visible
Avec une meilleure mise au point ou un empilement de mises au point, le petit point toujours en contact avec l’aimant apparaîtrait probablement
Si j’ai bien compris, ce phénomène d’hystérésis pourrait aussi être dû à une infime contamination au fer dans l’échantillon, non ?
L’hystérésis ferromagnétique augmente quand la température monte, alors qu’ici elle est plus forte à basse température.
L’ampleur de l’hystérésis observée à basse température est aussi trop importante pour être expliquée par une contamination non détectée.
En plus, les chercheurs ont publié une photo où l’échantillon flotte complètement à l’envers, ce qui est assez difficile à expliquer autrement.
Réponse plus nuancée : c’est peut-être possible.
Le sulfure de cuivre présente beaucoup de phénomènes étranges, et il est aussi très facile de perturber le ferromagnétisme de manière inattendue.
On ne peut pas non plus exclure totalement la possibilité que l’échantillon contienne beaucoup de fer, et l’énorme incitation liée à un supraconducteur à température ambiante crée une forte tentation de biaiser les données, voire de les fabriquer purement et simplement : https://www.science.org/content/article/plagiarism-allegatio...
Ça me fait de la peine, parce que c’est mon alma mater.
Ce n’est pas réel tant qu’Anton Petrov n’en a pas fait une vidéo.
Ensuite je regarde les vidéos de PBS, et parfois Sabine aussi, mais je ne vais pas chez elle en m’attendant à une exactitude à 100 % ni même à un minimum de vérification.
En suivant un peu l’affaire LK-99, un véritable effet Meissner ressemblait à un objet qui flotte au-dessus d’un aimant et qui, si on le touche, reste à une autre position (https://youtu.be/F9ukYM4cSOk?t=11), ce qui semblait très différent du diamagnétisme de LK-99.
LK-99 avait une extrémité en contact avec l’aimant et oscillait un peu, tout au plus.
Je resterai sceptique tant qu’ils ne montreront pas quelque chose comme dans la vidéo ci-dessus.
Je suis en Finlande en ce moment et il fait -30 °C, donc avec des chaussures en apatite de plomb substituée au cuivre, je pourrais aller au travail en lévitation magnétique.
J’ai envie d’y croire, vraiment envie.
Moi y compris.
Un monde où la maladie, la pauvreté, l’énergie, les transports et les loisirs seraient tous bon marché et abondants : j’espère tellement que c’est réel.
250 K, cela fait -23,15 °C.
Par hasard, j’ai regardé aujourd’hui la météo à Moscou, et il faisait entre -23 °C et -26 °C.
Difficile d’appeler ça la température ambiante, mais dans certaines villes, c’est bien la température extérieure.
Un hiver ordinaire, il fait plus de -10 °C.