- Les chercheurs affirment que LK-99, une structure modifiée de plomb-apatite (lead-apatite), est un supraconducteur à température ambiante présentant Tc ≥ 400K, 127°C à pression ambiante
- Comme éléments de preuve, ils présentent résistance nulle et effet Meissner, ainsi que la température critique, le courant critique, le champ critique, et des analyses XRD, XPS, EPR, capacité calorifique et SQUID
- Le mécanisme central proposé est que la substitution de sites Pb²⁺ par Cu²⁺ provoque une contraction de volume de 0,48 %, et que cette contrainte déforme l’interface des colonnes cylindriques Pb(1), créant un puits quantique supraconducteur (SQW)
- Pour les échantillons en couche mince, une tension de l’ordre de 0.1µV/cm et une résistivité de 10⁻¹⁰~10⁻¹¹Ω·cm sont avancées, et un courant critique de 7mA subsisterait au-delà de 400K et 3000Oe
- La conclusion de l’article est que la supraconductivité à température et pression ambiantes de LK-99 proviendrait non pas d’une pression externe ou d’une basse température, mais de micro-distorsions et de déformations internes à la structure
L’affirmation d’une supraconductivité à température et pression ambiantes pour LK-99
- Les chercheurs affirment avoir synthétisé un supraconducteur à température ambiante fonctionnant à pression ambiante
- Le matériau s’appelle LK-99
- Sa structure est une plomb-apatite (lead-apatite) modifiée
- La température critique est donnée comme Tc ≥ 400K, soit 127°C ou plus
- Ils expliquent que les supraconducteurs à température ambiante existants à base de hydrogen sulfide et de yttrium super-hydride nécessitent des pressions très élevées, ce qui rend leur usage dans les appareils du quotidien difficile
- LK-99 est présenté comme un cas où les problèmes de température et de pression sont résolus par une approche chimique
Mesures utilisées pour juger de la supraconductivité
- L’article présente conjointement plusieurs critères pour évaluer la supraconductivité de LK-99
- température critique (Tc)
- résistance nulle
- courant critique (Ic)
- champ critique (Hc)
-
effet Meissner
- analyses XRD, XPS, EPR, capacité calorifique et SQUID
- Les mesures tension-courant ont été effectuées dans la plage 298K~398K par intervalles de 20K
- Les mesures ont été réalisées sous vide à 10⁻³ Torr avec une méthode DC à inversion de polarité
- La résistivité des échantillons massifs a été mesurée dans la plage 10⁻⁶~10⁻⁹Ω·cm
- Les échantillons en couche mince ont été fabriqués par évaporation thermique sur une plaque de verre de précision
- La tension mesurée était dans la plage de 0.1µV/cm
- La résistivité calculée est de 10⁻¹⁰~10⁻¹¹Ω·cm
- L’article considère que ces résultats satisfont au critère de résistance nulle selon les normes IEC
Propriétés magnétiques et de courant persistantes jusqu’à 400K
- Sous un champ magnétique de 10Oe, les valeurs d’aimantation DC en refroidissement en champ nul et en refroidissement sous champ seraient restées négatives jusqu’à 400K
- Les chercheurs interprètent cela comme un indice de l’existence d’une phase supraconductrice jusqu’à 400K
- Le courant critique n’était pas nul même au-delà de 400K et 3000Oe, avec une valeur donnée de 7mA
- Sur cette base, l’article estime que la température critique de LK-99 est supérieure à 400K
- LK-99 est présenté sous forme polycristalline
- La résistance non uniforme de l’échantillon massif est reliée aux joints de grains, à l’intergranular vortex flow et au free vortex flow
- Les documents complémentaires incluent aussi l’observation de phénomènes de type Josephson et d’effets thermoélectriques
Analyse structurale et mécanisme de substitution du Cu
- D’après les résultats XRD, LK-99 est polycristallin, et les pics principaux correspondent bien à une structure de plomb-apatite
- Certaines impuretés de Cu₂S apparaissent également
- Les paramètres de maille de la plomb-apatite d’origine sont a=9.865Å, c=7.431Å
- Les paramètres de maille de LK-99 sont a=9.843Å, c=7.428Å, et le volume diminue de 0.48 %
- La formule chimique attendue est Pb₁₀₋ₓCuₓ(PO₄)₆O, x=0.9~1.0
- La structure est décrite comme une substitution d’environ un des sites Pb(2) de la plomb-apatite par un ion Cu(II)
- La taille de l’ion Cu²⁺ est de 87pm, celle de l’ion Pb²⁺ de 133pm
- L’interprétation proposée est que la substitution par le plus petit ion Cu²⁺ provoque une contraction du volume, laquelle génère une contrainte dans la partie réseau
- Les calculs de densité électronique et l’analyse XPS conduisent à l’interprétation selon laquelle cette contrainte affecte la structure en colonnes cylindriques Pb(1)
- La position de Pb(1) se déplace légèrement vers l’intérieur ou vers l’extérieur dans le plan de l’axe a
- La distance d’une couche de structure triangulaire Pb(1) se réduit de 3.03340Å à 2.61815Å
- La distance de la couche suivante augmente à 5.23476Å
- La distance inter-couches selon l’axe c est de 3.7140Å, presque identique à 3.7153Å pour la plomb-apatite
Interprétation du puits quantique supraconducteur (SQW)
- Le signal EPR est présenté comme similaire à ceux observés dans des puits quantiques à hétérojonction comme Si/SiGe, dans de l’ADN naturel à l’état sec et dans des cas de α-Fe₂O₃ dopé au Mg²⁺
- Les chercheurs interprètent ce signal comme un signal de résonance cyclotronique d’un gaz d’électrons bidimensionnel (2-DEG) dans un puits quantique
- Selon cette interprétation, un puits quantique supraconducteur (SQW) se forme à l’interface entre Pb(1) et l’oxygène phosphate
- La supraconductivité de LK-99 est présentée comme étant étroitement liée à ce SQW
- Les résultats de capacité calorifique sont également présentés comme compatibles avec un nouveau modèle expliquant la supraconductivité de LK-99
- La conclusion finale est qu’une structure unique capable de maintenir une micro-distortion interfaciale rendrait possible la supraconductivité de LK-99 à température et pression ambiantes
1 commentaires
Avis de Hacker News
Même si tout le contenu de l’article est exact, le matériau dans sa forme actuelle pourrait avoir un champ d’application limité.
Le champ magnétique critique et le courant critique indiqués semblent très faibles. 2 500 Oe correspondent à environ 0,25 T, et le REBCO dépasse aussi 1 T à 77 K. De plus, les 2 500 Oe ne sont pas une valeur obtenue à la température critique, mais à une température bien plus basse.
Comme je n’ai pas trouvé la taille de l’échantillon utilisé pour la mesure du courant, on ne peut pas connaître la densité de courant critique, et un courant d’environ 300 mA seulement n’a pas beaucoup de signification. Pour l’instant, il semble difficile d’y faire passer de forts courants, et de réaliser les applications emblématiques d’une révolution des supraconducteurs à température ambiante, comme des aimants puissants ou des lignes électriques. Bien sûr, il suffirait peut-être de quelques ajustements du matériau pour obtenir des J_c et B_c élevés, et j’espère vraiment que ce sera le cas.
Les échantillons supraconducteurs impurs ont tendance à ressembler à une sorte d’éponge où des zones supraconductrices et non supraconductrices se mélangent, et la section qui transporte réellement le courant peut représenter moins de 25 %, ce qui limite le courant critique. Quand je fabriquais moi-même du YBCO autrefois, c’était le cas la plupart du temps, avec parfois de bons échantillons.
Il existe aussi un brevet sur la croissance de monocristaux de YBCO : https://patents.google.com/patent/US6046139A/en
En regardant la photo de l’échantillon à la page 7 de l’article, on dirait effectivement un amas spongieux. Cela pourrait être un morceau d’éponge digne d’un prix Nobel, mais cela reste une éponge. Je pense que les chiffres s’amélioreront quand de meilleures méthodes de croissance cristalline seront mises au point.
Une fois qu’on a confirmé que c’est possible, l’optimisation pourrait ne pas prendre si longtemps. Les transistors aussi ont été énormes à une époque, alors qu’ils sont aujourd’hui à l’échelle du nanomètre ; les cellules solaires n’ont cessé de s’améliorer, et les batteries sont devenues moins chères et meilleures qu’avant.
Pendant quelques années, c’était un grand sujet dans l’actualité des passionnés de sciences, et même New Scientist, destiné au grand public, publiait des articles enthousiastes. La fusion nucléaire était toujours à 50 ans, mais les supraconducteurs à température ambiante semblaient devoir arriver en quelques années — ce qui, bien sûr, ne s’est pas produit.
Quand j’étais dans une école privée de l’Oxfordshire, au milieu et à la fin des années 1980, notre groupe de physique a même visité Culham, et des physiciens de Culham sont venus donner des conférences à l’école. Avec le recul, c’était un privilège incroyable. Maintenant que j’ai 53 ans, je réalise que certaines choses demandent vraiment beaucoup de temps.
J’aimerais aussi l’utiliser pour des antennes, des lignes de transmission et des cavités accordées. Dans la bande des très basses fréquences (VLF), il faut souvent des conducteurs très longs, et sans budget militaire, la résistance fait fortement chuter le rendement. Les supraconducteurs pourraient résoudre ce problème.
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/SQUID
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Aharonov%E2%80%93Bohm_effect
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Longitudinal_wave#Electromagne...
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Superconducting_radio_frequenc...
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Very_low_frequency#Amateur_use
L’un des auteurs de l’article associé[1], Hyun-Tak Kim, compte de nombreuses publications dans des revues à comité de lecture[2], et certaines dépassent les 1 500 citations[3]
Je ne sais pas où se trouve le piège, mais ça semble assez légitime. Contrairement aux affirmations précédentes, la reproduction ne semble pas nécessiter d’équipement complexe, et cette synthèse a l’air très simple, donc les résultats d’autres chercheurs devraient bientôt arriver
Plus que le fait qu’il lévite, ce qui est stupéfiant, c’est à quel point le monde changerait s’il s’agissait vraiment d’un supraconducteur à température ambiante et pression atmosphérique, facile à fabriquer. C’est trop beau pour être vrai
La méthode de fabrication décrite dans l’article associé[1] est assez simple, et elle semble faisable chez soi avec un four domestique de fusion de métaux à 200 dollars vendu sur Amazon et les précurseurs nécessaires
Si c’est vrai, les gens futés de Hackaday ou de YouTube devraient la reproduire en quelques jours ou semaines
Si c’est réel, les gains seraient évidents pour le transport d’énergie et la production électrique, et un supraconducteur à température ambiante pourrait faire exploser les applications d’ingénierie. Un peu comme les batteries lithium-ion ont progressivement changé l’usage de l’énergie dans toute la société, mais potentiellement plus vite. J’espère que ce sera reproduit
[1] https://arxiv.org/pdf/2307.12037.pdf page 3
On a plus de chances de contaminer son terrain et celui des voisins que de réussir la reproduction
L’article jumeau[0] contient une photo du matériau flottant au-dessus d’un aimant grâce à l’effet Meissner, et affirme qu’il existe aussi une vidéo
On dirait soit que la photo a été grossièrement retouchée sous Photoshop, soit qu’ils ont réellement fabriqué un supraconducteur à température ambiante. J’ai du mal à imaginer une erreur subtile qui expliquerait une lévitation magnétique à température ambiante sans supraconducteur
[0] - https://arxiv.org/abs/2307.12037
J’aimerais que quelqu’un calme un peu mon enthousiasme. C’est beaucoup trop excitant
Cela dit, dans la vidéo ils disent avoir déposé le supraconducteur en film mince sur du cuivre, mais il me semble que le cuivre pur pourrait produire un effet similaire à cause des courants de Foucault. Je ne comprends pas bien quel effet le film mince a sur la plaque dans cette expérience ; si je rate quelque chose, que quelqu’un me le dise
Cela pourrait être bien plus important qu’on ne le pense
Le résumé dit que « la supraconductivité de LK-99 provient d’une légère contraction de volume qui entraîne une distorsion structurelle microscopique »
Il y a déjà eu des recherches sur l’influence des changements d’agencement de la structure atomique, provoqués notamment par le refroidissement, sur la supraconductivité. Il me semble que des chercheurs essayaient de conserver, après chauffage, l’espacement des supraconducteurs à froid. Cela semble aller dans le même sens, mais je ne retrouve pas l’étude ; corrigez-moi si je me trompe
Cela pourrait encore être assez fragile et délicat à manipuler, mais la possibilité semble réelle
https://news.ycombinator.com/item?id=36479776
Le graphique de la page 3 ressemble exactement à ce qu’on attendrait d’un vrai supraconducteur, en particulier la relation entre courant, tension et température
À moins qu’ils aient fabriqué un supraconducteur ou qu’ils aient grossièrement falsifié les données, je ne vois pas comment on pourrait obtenir un tel graphique. Cela pourrait être énorme
Si c’est reproduit, ce sera un événement historique ; sinon, ce sera une affaire du genre fusion froide à température ambiante ou neutrinos plus rapides que la lumière
Ce fil de commentaires de chercheurs en supraconductivité vaut la peine d’être lu : https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
Ils disent que l’article a de nombreux problèmes et n’atteint pas les standards actuels de la recherche sur la supraconductivité. L’un d’eux va même jusqu’à dire que les travaux de Dias sont plus plausibles que ça
Il paraît peu probable qu’une connexion se soit interrompue puis rétablie exactement de la bonne manière. Malgré tout, je reste assez sceptique
Si c’est vrai, c’est énorme. Je ne suis pas spécialiste en chimie, mais la synthèse semble fondamentalement triviale. À condition de considérer qu’un vide de 10e-5 torr est trivial, et les matériaux ressemblent à des métaux standards faciles à obtenir
À lire la description, on dirait presque qu’on pourrait le fabriquer chez soi. L’espace de recherche est inimaginablement vaste, donc il est possible qu’un tel matériau existe, mais la qualité de l’article lui-même n’inspire pas vraiment l’enthousiasme
Je garderai un scepticisme sain jusqu’à ce que de vrais spécialistes des matériaux l’évaluent ou que quelqu’un d’autre le reproduise
Au contraire, on dirait même qu’il n’y a pas besoin du recuit lent et soigneux sous flux d’oxygène qui est habituellement nécessaire. Il ne serait pas surprenant que des méthodes encore plus simples soient possibles
Par exemple, parmi les méthodes de synthèse rapide du YBCO, il y en a une qui utilise une petite nacelle en alumine, de la laine de verre, un micro-ondes domestique de 800 W et un mélange de précurseurs légèrement modifié. Pendant le chauffage, de l’oxygène est libéré par le mélange et piégé dans la laine de verre autour de l’échantillon, ce qui évite de brancher un concentrateur d’oxygène. De mémoire, la préparation de l’échantillon ne prend qu’environ 15 minutes
C’est vraiment passionnant. J’ai lu des centaines d’articles sur la fabrication et les tests de supraconducteurs au fil des années, et, au moins du point de vue d’un savant fou citoyen, cela semble présenter toutes les marques de légitimité
Un vide de 10e-5 est aussi facile à atteindre avec une pompe turbo soutenue par une pompe mécanique, et ce n’est pas un équipement spécial ni coûteux
La soudeuse par faisceau d’électrons de mon travail maintient du 10E-6/10E-7 toute la journée dans la chambre de l’E-gun, avec seulement une petite pompe turbo ou une pompe à diffusion. La chambre n’est pas faite de matériaux spéciaux non plus : acier inoxydable ou aluminium, et des joints toriques en Viton
La soudeuse par faisceau d’électrons de mon travail maintient du 1E-6/1E-7 toute la journée dans la chambre de l’E-gun, avec seulement une petite pompe turbo ou une pompe à diffusion. La chambre n’est pas faite de matériaux spéciaux non plus : acier inoxydable ou aluminium, et des joints toriques en Viton
Ma petite expérience d’e-gun atteint environ 3E-3 avec seulement une Alcatel Pascal 2008. Je construis maintenant un système plus grand avec une pompe à diffusion VHS4 et un cold trap, et je pense qu’il entrera facilement dans la plage des -6
Article intéressant. J’espère que cela ne suivra pas le même scénario qu’une autre équipe qui avait revendiqué en 2020 un supraconducteur à température ambiante, avant que cela ne s’avère être une fraude
https://www.nature.com/articles/d41586-023-02401-2
Cette fois, l’affirmation est très simple à comprendre et très cohérente avec la supraconductivité. Le phénomène est visible à l’échelle macroscopique à pression et température normales ; il y a aussi une vidéo qui n’a pas de sens en l’absence de supraconductivité ; et surtout, la méthode de fabrication du matériau est très simple
Les laboratoires du monde entier ne devraient pas avoir trop de mal à le reproduire, et plusieurs YouTubers pourraient aussi le faire. Autrement dit, ces résultats pourraient être faux, mais il faudrait alors que les résultats, la vidéo et les photos soient tous truqués. Et comme la reproduction est très facile, cela serait démasqué très rapidement
Si c’est vrai, la plupart des reproductions pourraient avoir lieu en quelques semaines, surtout à cause du temps nécessaire pour obtenir les matériaux. La publication d’articles prendra plus longtemps, mais les YouTubers pourraient aller plus vite. On ne sera pas dans une situation où l’on découvre seulement deux ans plus tard que c’était une fraude : en quelques mois au maximum, on saura si les YouTubers peuvent le reproduire, et d’ici un an, on saura aussi si les laboratoires y parviennent
J’ai parcouru l’article : même sans aucune expertise du domaine, il se lit comme un vrai article scientifique.
Cela dit, le fait qu’il ait été rédigé avec Word plutôt qu’en LaTeX le rend un peu moins crédible, et il est évidemment possible qu’il y ait des erreurs dans le dispositif expérimental.
Ce qui m’a le plus frappé, c’est l’explication selon laquelle cela se produit dans un film mince, où des défauts structurels créent une déformation dans le matériau, laquelle rendrait la supraconductivité possible. Peut-être parce qu’il s’agit d’un film mince, il ne supportait qu’environ 250 mA à 25 °C avant de perdre sa supraconductivité. Même si l’article est correct, atteindre des courants plus élevés pourrait être difficile. À moins qu’on puisse enrouler un large film mince pour faire passer autant de courant qu’on le souhaite.
Correction : j’avais mal lu la partie sur le film mince. Ils ont bien fabriqué un film mince, mais le matériau d’essai principalement décrit est plutôt du type « après réaction, un lingot gris foncé a été obtenu de manière reproductible, puis façonné en un mince parallélépipède rectangle pour les mesures électriques » ; je n’ai pas trouvé immédiatement ses dimensions.
Les supraconducteurs ont un budget partagé[1] entre champ magnétique, température et courant. À 25 °C, le matériau est proche de sa température critique, il est donc naturel que sa capacité à transporter du courant diminue. À plus basse température, le film mince devrait pouvoir faire passer davantage de courant.
Cela dit, si l’idée est de fabriquer un CPU supraconducteur, 250 mA est un courant suffisant.
[1] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Solids/scbc2.html
Après lecture de l’article, j’ajoute qu’ils revendiquent une température critique très élevée, autour de 126 °C. La dépendance à la température est visible sur la figure 1e : on semble être bien plus loin de la température critique que je ne l’aurais attendu, et à température ambiante, même un léger refroidissement paraît produire un effet important. J’ai vraiment hâte de voir les tentatives de reproduction. Cela dit, ce matériau semble fondamentalement proche d’une molécule bidimensionnelle. Cela fait des décennies que nous fondons des espoirs sur le graphene, sans encore avoir réussi à l’intégrer dans un procédé scalable.
Le plus intéressant, c’est leur flexibilité. Les supraconducteurs céramiques actuels refroidis à l’azote liquide ne sont pas du tout flexibles et se cassent facilement. Ça peut convenir pour des lignes de transmission, mais c’est délicat pour de nombreuses bobines.
Mise à jour : d’après l’article, la réponse est « oui ». Il indique que « des phénomènes de type Josephson ont également été observés dans des jonctions sous-amorties supraconducteur-métal normal-supraconducteur ou dans des supraconducteurs à couplage intergranulaire, ainsi que des effets thermoélectriques entre les grains ou au sein du réseau interne ».