Une équipe de chercheurs sud-coréens a récemment annoncé une avancée majeure dans le domaine des matériaux supraconducteurs : la mise au point d’un matériau, baptisé LK-99, qui serait le premier à présenter des propriétés supraconductrices à température ambiante et à pression normale. Les propriétés du matériau doivent encore être validées par la communauté scientifique, qui reste sceptique.
L’efficacité énergétique et la durabilité sont des enjeux majeurs de notre époque. Face à ces défis, les chercheurs du monde entier s’efforcent de trouver des solutions innovantes pour optimiser l’utilisation de l’énergie. Dans ce cadre, une équipe de chercheurs sud-coréens a récemment fait une annonce qui pourrait marquer un tournant majeur. Ils ont développé un matériau, le LK-99, qui présenterait des propriétés supraconductrices à température ambiante et à pression normale, une première dans le domaine. Cette potentielle avancée, si elle est confirmée, pourrait avoir des implications majeures dans divers secteurs, de la transmission d’électricité à la technologie quantique. Autrement dit, elle pourrait littéralement changer le monde.
Cependant, comme toute découverte ou avancée scientifique, elle doit être examinée avec rigueur et scepticisme. Les travaux de l’équipe font l’objet de deux publications disponibles sur la plateforme arXiv, mais n’ont pas encore été évalués par les pairs. La prudence est de mise.
LK-99, un supraconducteur à température et pression ambiantes
Le LK-99 est un matériau qui se distingue visuellement par sa couleur gris foncé. Sa fabrication comprend un processus en plusieurs étapes qui commence par le broyage d’un mélange spécifique de sulfate de plomb (Pb) Lanarkite et de sulfure de cuivre (Cu). Ce mélange est ensuite soumis à des températures élevées, allant jusqu’à 925 °C, et ce, pendant une durée de 10 heures. Ce processus de chauffage prolongé permet aux éléments de réagir entre eux pour former le LK-99.
Ce qui rend ce matériau particulièrement intéressant, c’est sa capacité à conserver des propriétés supraconductrices jusqu’à une température de 400 Kelvin, soit 127 °C. Le fait que le LK-99 puisse atteindre cet état à une température aussi élevée pourrait marquer une avancée significative.
Pour rappel, la supraconductivité est un état dans lequel un matériau peut conduire l’électricité sans résistance, ce qui signifie qu’il n’y a aucune perte d’énergie sous forme de chaleur. La plupart des matériaux supraconducteurs connus ne peuvent atteindre cet état qu’à des températures extrêmement basses, proches du zéro absolu.
Les chercheurs ont donc mesuré à quel point un échantillon millimétrique de LK-99 résistait à l’électricité qui le traversait à différentes températures, et ont découvert que sa résistivité a chuté d’une valeur positive à 105 °C à près de zéro à 30 °C.
Le matériau montre un courant critique (Ic) et un champ magnétique critique (Hc) élevés, ce qui signifie qu’il peut maintenir sa supraconductivité même dans des conditions de courant et de champ magnétique élevés. De plus, le LK-99 permet l’effet Meissner. Concrètement, un supraconducteur flotte lorsqu’il est placé sur un aimant conventionnel, par un phénomène d’exclusion totale des champs magnétiques. Et inversement, un aimant flotte au-dessus d’un supraconducteur. Les chercheurs ont alors filmé un test de cette lévitation. Dans leur vidéo, ils ont placé un morceau de LK-99 au-dessus d’un aimant, qui s’élève au-dessus de celui-ci.
Pour l’équipe de recherche, ce qui distingue le LK-99 des autres tentatives de création de supraconducteurs à température ambiante, c’est la source de sa supraconductivité. Elle proviendrait d’une légère distorsion structurelle causée par un retrait de volume de 0,48%. Cette distorsion serait le résultat de la substitution d’ions Cu2+ par des ions Pb2+(2) dans le réseau isolant de Pb(2)-phosphate. Cette substitution génère une contrainte interne dans le matériau, qui à son tour induit la supraconductivité.
Implications potentielles
La supraconductivité à température ambiante, comme celle observée dans le LK-99, a le potentiel de transformer de nombreux domaines technologiques et scientifiques.
Comme déjà mentionné, l’un des principaux avantages des supraconducteurs à température ambiante est leur capacité à minimiser les pertes d’énergie dans les systèmes de transmission et de distribution d’électricité. En effet, grâce à leur résistance électrique quasi nulle, ils permettent une transmission d’énergie presque parfaite, sans perte sous forme de chaleur. Cela pourrait conduire à des réseaux électriques plus efficaces et plus durables. Des dispositifs de stockage d’énergie compacts pourraient également en bénéficier, ouvrant la voie à des solutions à grande échelle, ainsi qu’à des appareils électroniques portables plus performants et durables.
Dans le domaine des transports, les supraconducteurs à température ambiante pourraient permettre le développement de trains à grande vitesse plus économes en énergie. En effet, grâce à l’effet Meissner, il serait possible de créer des trains « en lévitation », au-dessus de rails contenant des bobines de matériaux supraconducteurs.
Enfin, les matériaux supraconducteurs sont utilisés dans le domaine de l’informatique quantique. Un tel ordinateur nécessite donc à ce jour des températures proches du zéro absolu pour maintenir un fonctionnement optimal des qubits (l’unité de base de l’informatique quantique). L’utilisation de supraconducteurs à température ambiante (si elle est réalisée) pourrait donc réduire considérablement les coûts associés à la réfrigération requise pour les systèmes quantiques actuels. Les supraconducteurs aident à protéger les qubits des interférences de l’environnement, améliorant ainsi leur stabilité et leur cohérence, ce qui est essentiel pour la précision et la fiabilité des calculs.
Une nouvelle accueillie avec scepticisme
Malgré l’enthousiasme suscité par les affirmations concernant le LK-99, la communauté scientifique reste prudente. En effet, avant que ces résultats puissent être largement acceptés, une vérification rigoureuse et indépendante est nécessaire. Les expériences et les résultats doivent être reproduits pour confirmer la reproductibilité et la fiabilité des résultats. De plus, des études approfondies sont nécessaires pour comprendre les mécanismes fondamentaux de la supraconductivité à température ambiante dans le LK-99.
Sans compter que lors du test de l’effet Meissner, un seul bord du matériau plat en forme de pièce de monnaie lévite complètement, tandis que l’autre semble rester en contact avec l’aimant. Dans un article de New Scientist, l’un des co-auteurs, Hyun-Tak Kim, explique que cela est dû au fait que l’échantillon est imparfait.
Cette prudence de la communauté scientifique est illustrée par une situation récente impliquant Ranga Dias, un physicien de l’Université de Rochester à New York. Ce dernier a fait des affirmations controversées sur la découverte de supraconducteurs à température ambiante. Une enquête a révélé des irrégularités dans les données, conduisant à la rétractation d’un article publié par Dias.
Ce cas souligne l’importance d’une vérification rigoureuse et indépendante des affirmations scientifiques, en particulier lorsqu’il s’agit de découvertes potentiellement révolutionnaires comme la supraconductivité à température ambiante. En attendant, l’équipe de recherche continue à travailler sur l’amélioration de ses échantillons de LK-99 et à avancer vers une potentielle production en masse.