Le célèbre LK-99 semble avoir une résistance nulle et pourrait être supraconducteur en dessous de 110 K (-163 ° C)

Nous savons déjà que le matériau chaud, le LK-99, une apatite de plomb dopée au cuivre, n’est pas un supraconducteur à température et pression ambiantes ; toutes les preuves indiquent qu’il s’agit d’un semi-conducteur à température ambiante. Cependant, tout comme le plomb est un supraconducteur de type I avec une température critique de 7,2 K, l’apatite LK-99 pourrait être un supraconducteur. La première synthèse de LK-99 ultrapure montrant une résistance nulle en dessous d’une température critique de 110 K (-163 ° C), bien au-dessus de la température de l’azote liquide (77 K), est publiée sur arXiv. Le record pour les cuprates est d’environ 150 K (-123 ° C), mais LK-99 pourrait être très utile si sa supraconductivité à haute température est confirmée. Mais attention, sur les six échantillons étudiés, un seul a une résistance nulle (les autres sont des semi-conducteurs). De plus, l’effet Meissner n’a été observé dans aucun échantillon. Il ne semble pas non plus montrer de champ magnétique critique (jusqu’à 9 teslas). J’ai de sérieux doutes sur le fait qu’il s’agisse d’un supraconducteur à 100 K. Il faudra attendre les futures mesures de résistivité, mais cela ressemble à un fiasco.

Le problème de la mesure de résistivité est la petite taille des échantillons et leur grande fragilité (peut-être pour cette raison d’autres groupes qui ont synthétisé ce matériau n’ont pas pu le mesurer). L’usinage des contacts est très délicat et peut entraîner des courts-circuits accidentels induits par la basse température qui produisent une résistance nulle fictive. À mon avis, c’est un mauvais signe qu’il n’ait été observé que dans l’un des six échantillons de Pb synthétisés._10-xCu_X(APRÈS₄)₆Ou, avec 0,9₂S (comme observé dans les échantillons des Coréens Lee et Kim). La chose la plus frappante dans la nouvelle étude est qu’un saut de résistivité de deux ordres de grandeur est observé autour de 250 K, ce qui pourrait être le signal que les Coréens ont mal interprété à tort comme une transition vers l’état supraconducteur à température ambiante. Il n’y a aucune explication à ce saut (peut-être s’agit-il simplement d’un problème d’usinage des contacts). Encore une fois, cela me semble être un bon travail de réplication, confirmant que LK-99 est semi-conducteur à température ambiante, mais la résistance nulle observée est très discutable et devra être ratifiée indépendamment par d’autres groupes.

L’apatite LK-99 promet d’être un matériau intéressant pour les physiciens expérimentaux et théoriques (sept articles théoriques ont déjà été publiés, la plupart observant des bandes plates avec DFT, ce qui n’implique en aucun cas de la supraconductivité). Que le LK-99 soit ou non un supraconducteur à haute température, il ouvre la porte à l’étude de la supraconductivité de l’apatite. Il pourrait s’agir d’une nouvelle famille de supraconducteurs, comme les cuprates, les pnictures de fer et les nickelates. Le nouvel article est Qiang Hou, Wei Wei, …, Zhixiang Shi, «Observation of zero resistance above 100∘ K in Pb_10-xCu_X(APRÈS₄)₆O”, arXiv:2308.01192 [cond-mat.supr-con] (02 août 2023), doi : https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.01192.

Notez que l’observation de bandes plates autour du niveau de Fermi signifie qu’il existe des états électroniques fortement corrélés, rien de plus. Il existe des supraconducteurs qui ont ce type de bandes (comme le MATBG avec Tc ~ 1,7 K), mais il n’y a pas de relation de cause à effet prouvée entre les bandes plates et la supraconductivité. Les nouveaux articles théoriques observant de telles bandes dans LK-99 en utilisant DFT avec VASP sont J. Cabezas-Escares, NF Barrera, …, F. Munoz, «Theoretical insight on the LK-99 material», arXiv:2308.01135 [cond-mat.supr-con] (02 août 2023), doi : https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.01135; Junwen Lai, Jiangxu Li, …, Xing-Qiu Chen, « Étude des premiers principes sur la structure électronique du Pb_10-xCu_X(APRÈS₄)₆O (x = 0, 1) », arXiv : 2307.16040 [cond-mat.mtrl-sci] (29 juillet 2023), deux : https://doi.org/10.48550/arXiv.2307.16040; Liang Si, Karsten Held, «Structure électronique du supraconducteur putatif à température ambiante Pb₉Cu₁(APRÈS₄)₆O”, arXiv:2308.00676 [cond-mat.supr-con] (01 août 2023), doi : https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.00676; Rafal Kurleto, Stephan Lany,…, Daniel S. Dessau, «Cadre Pb-apatite en tant que générateur d’une nouvelle physique à base de CuO à bande plate, y compris une éventuelle supraconductivité à température ambiante», arXiv: 2308.00698 [cond-mat.supr-con] (01 août 2023), doi : https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.00698; en plus de Griffin’s cité dans LCMF, 01 août 2023.

De plus, il existe des articles théoriques présentant des modèles très simplifiés de LK-99 pour faciliter la compréhension de ses propriétés potentielles (à mon sens de très peu d’intérêt du fait de sa simplicité), comme Omid Tavakol, Thomas Scaffidi, « Minimal model for the bandes plates dans l’apatite phosphate de plomb substituée par le cuivre », arXiv: 2308.01315 [cond-mat.supr-con] (02 août 2023), doi : https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.01315; G. Baskaran, «La localisation de Mott à large bande est tout ce dont vous avez besoin pour la supraconductivité chaude: théorie de l’isolant d’atome Mott pour l’apatite Cu-Pb», arXiv: 2308.01307 [cond-mat.supr-con] (02 août 2023), doi : https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.01307.

Dans le nouvel article, une tentative a été faite pour synthétiser LK-99 par quatre procédures différentes (dans la figure, ce sont S1, S2, S3 et S4). Seuls S1 et S2 ont réussi, étant un échantillon de S1 celui qui nous a permis d’observer une résistance nulle (sans effet Meissner). La comparaison entre le spectre de diffraction des rayons X de l’échantillon S1 et celui qui apparaît dans l’article des Coréens indique qu’une synthèse de pureté supérieure a été réalisée. Je ne rentrerai pas dans les (petits) détails qui ont permis d’y parvenir (les personnes intéressées peuvent consulter l’article). Bien sûr, une résistance nulle (une chute de résistivité de quatre ordres de grandeur) ne suffit pas pour parler d’un état supraconducteur. J’aurais aimé voir des mesures de susceptibilité magnétique, de capacité thermique, etc. Proclamer qu’un matériau est un supraconducteur nécessite une étude approfondie de nombreuses propriétés physiques qui, ensemble, soutiennent la supraconductivité observée. Une seule propriété ne nous dit rien. Attention à ne pas extrapoler ce qui se dit sur les réseaux sociaux et médias moins rigoureux.