Le New York Times
Les scientifiques ont annoncé la semaine dernière une percée spectaculaire vers le rêve d’un matériau capable de transmettre l’électricité sans effort dans les conditions quotidiennes. Une telle percée pourrait transformer pratiquement toutes les technologies utilisant l’électricité, ouvrant de nouvelles possibilités pour les téléphones, trains à sustentation magnétique et les centrales à fusion.
Normalement, le flux d’électricité rencontre une résistance lorsqu’il se déplace dans les fils, presque comme une sorte de friction, et une partie de l’énergie est perdue sous forme de chaleur. Il y a un siècle, les physiciens ont découvert des matériaux, désormais appelés supraconducteurs, dans lesquels la résistance électrique semblait disparaître comme par magie. Mais ces matériaux ne perdaient leur résistance qu’à des températures extrêmement froides, ce qui limitait les applications pratiques. Pendant des décennies, les scientifiques ont recherché des supraconducteurs qui fonctionnent à température ambiante.
L’annonce de la semaine dernière est la dernière tentative dans cette direction, mais elle vient d’une équipe qui fait face à une méfiance généralisée car un de ses articles de 2020 décrivant un matériau supraconducteur prometteur mais moins pratique a été illustré (retiré) après que d’autres scientifiques aient remis en question certaines données.
Le nouveau supraconducteur est composé de lutétium et d’hydrogène avec un peu d’azote mélangé. Il doit être comprimé à une pression de 145 000 livres par pouce carré avant d’acquérir sa capacité supraconductrice. C’est environ dix fois la pression exercée au fond des fosses océaniques les plus profondes.
Mais c’est aussi moins d’un centième de ce qu’appelait le résultat de 2020, qui était similaire aux forces d’écrasement trouvées à plusieurs milliers de kilomètres de profondeur dans la Terre. Cela suggère qu’une étude plus approfondie du matériau pourrait conduire à un supraconducteur qui fonctionne à température ambiante et à une pression atmosphérique normale de 14,7 livres par pouce carré (1 atm).
“C’est le début d’un nouveau type de matériau utile pour les applications pratiques”, a déclaré Ranga P. Dias, professeur de génie mécanique et de physique à l’Université de Rochester, à New York, devant une salle bondée de scientifiques le dernier jour 7 lors d’une réunion de l’American Physical Society à Las Vegas.
Un compte rendu plus complet des découvertes de son équipe a été publié le dernier jour 8 dans la revue Nature, la même qui a publié et décrit les découvertes en 2020.
L’équipe de Rochester a commencé avec une petite et fine feuille de lutétium, un métal blanc argenté qui fait partie des éléments de terres rares les plus rares, et l’a pressée entre deux diamants imbriqués. Un gaz de 99% d’hydrogène et 1% d’azote a ensuite été pompé dans la petite chambre et comprimé à haute pression. L’échantillon a été chauffé pendant une nuit à 150 degrés Fahrenheit (65,5 ° C) et après 24 heures, la pression a été relâchée.
Environ un tiers du temps, le processus produisait le résultat souhaité : un petit cristal bleu vif. “Injecter de l’azote pour fabriquer de l’hydrure de lutétium n’est pas si facile”, a déclaré Dias.
Dans l’un des laboratoires de l’Université de Rochester utilisés par le groupe de Dias, l’étudiante diplômée Hiranya Pasan a démontré la surprenante propriété de changement de teinte du matériau lors de la visite d’un journaliste la semaine dernière. Au fur et à mesure que les vis étaient serrées pour augmenter la pression, le bleu a pris une teinte rougeâtre.
“C’est très rose”, a déclaré Dias. À des pressions encore plus élevées, a-t-il dit, “il devient rouge vif”.
Dans l’article, les chercheurs ont rapporté que les cristaux roses présentaient des propriétés supraconductrices clés, telles qu’une résistance nulle, à des températures allant jusqu’à 70 degrés Fahrenheit (21 ° C).
“Je suis prudemment optimiste”, a déclaré Timothy Strobel, un scientifique de la Carnegie Institution for Science à Washington qui n’a pas participé à l’étude de Dias. “Les données publiées sont excellentes.”
“Si cela est réel, c’est une avancée vraiment importante”, a déclaré Paul CW Chu, professeur de physique à l’Université de Houston, qui n’a pas non plus participé à la recherche.
Cependant, la partie “si” de ce sentiment tourne autour de Dias, qui a été poursuivi par des doutes et des critiques, et même des accusations de certains scientifiques selon lesquelles il aurait fabriqué certaines données. Les résultats de l’article Nature 2020 n’ont pas encore été reproduits par d’autres chercheurs, et les critiques disent que Dias a été lent à permettre aux autres de consulter ses données ou d’effectuer des analyses indépendantes de ses supraconducteurs.
Les éditeurs de Nature ont rétracté l’article précédent l’année dernière, malgré les objections de Dias et des autres auteurs.
“J’ai un peu perdu confiance dans ce qui sort de ce groupe”, a déclaré James Hamlin, professeur de physique à l’Université de Floride.
Cependant, le nouvel article est passé par le processus d’examen par les pairs dans la même revue.
Sous pression
La supraconductivité a été découverte par le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes et son équipe en 1911. Non seulement les supraconducteurs transportent l’électricité avec une résistance électrique pratiquement nulle, mais ils ont également l’étrange capacité connue sous le nom d’effet Meissner, qui garantit un champ magnétique nul à l’intérieur du matériau.
Les premiers supraconducteurs connus nécessitaient des températures juste quelques degrés au-dessus du zéro absolu, ou moins 459,67 degrés Fahrenheit. Dans les années 1980, les physiciens ont découvert les supraconducteurs dits à haute température, mais même ceux-ci sont devenus des supraconducteurs dans des conditions beaucoup plus froides que celles rencontrées dans l’utilisation quotidienne.
La théorie standard expliquant la supraconductivité prédit que l’hydrogène devrait être un supraconducteur à des températures plus élevées s’il pouvait être suffisamment comprimé. Mais même le plus dur des diamants se brise avant d’atteindre des pressions de cette ampleur. Les scientifiques ont commencé à étudier l’hydrogène mélangé à un autre élément, supposant que les liaisons chimiques pourraient aider à resserrer les atomes d’hydrogène.
Dans la recherche décrite dans l’article rétracté de 2020, le groupe de Dias a utilisé de l’hydrogène, du soufre et du carbone. Avec trois éléments, ont déclaré les scientifiques, ils ont pu modifier les propriétés électroniques du composé pour atteindre une température supraconductrice plus élevée.
Cependant, tout le monde n’y croyait pas.
Le principal antagoniste de Dias est Jorge Hirsch, un physicien théoricien de l’Université de Californie à San Diego. Il s’est concentré sur les mesures que le groupe de Dias avait faites de la réponse du composé carbone-soufre-hydrogène aux champs magnétiques oscillants, preuve de l’effet Meissner. Le script de l’article avait l’air trop soigné et les scientifiques n’ont pas expliqué comment ils avaient soustrait les effets de fond.
Lorsque Dias a publié les données brutes sous-jacentes, a affirmé Hirsch, son analyse a indiqué qu’elles avaient été générées par une formule mathématique et ne pouvaient vraiment pas être mesurées dans une expérience. “A partir d’une mesure, vous n’obtenez pas de formules analytiques”, a déclaré Hirsch. “Vous obtenez des chiffres avec du bruit.”
Ses plaintes à propos de Dias sont devenues si persistantes et stridentes que d’autres dans le domaine ont fait circuler une lettre se plaignant des décennies de comportement dérangeant de Hirsch.
Hirsch est un négationniste de la théorie BCS, qui a été développée en 1957 par trois physiciens – John Bardeen, Leon N. Cooper et J. Robert Schrieffer – pour expliquer le fonctionnement de la supraconductivité. Le BCS, a-t-il dit, est à bien des égards “un mensonge”, incapable d’expliquer l’effet Meissner. Il a proposé sa propre explication alternative.
Notamment, Hirsch a déclaré qu’il ne peut y avoir de supraconductivité dans aucun de ces matériaux à haute pression car l’hydrogène ne peut pas être un supraconducteur. Il a gagné peu d’alliés.
Comme le nouveau matériau à base de lutétium est supraconducteur à des pressions beaucoup plus basses, de nombreux autres groupes de recherche pourront tenter de reproduire l’expérience. Dias a déclaré qu’il souhaitait donner une recette plus précise sur la façon de fabriquer le compost et de partager des échantillons, mais qu’il devait d’abord résoudre les problèmes de propriété intellectuelle. Il a fondé la société Unearthly Materials, qui envisage de transformer la recherche en profit.
Strobel a déclaré qu’il commencerait à travailler dès son retour de la conférence de Las Vegas. “Nous pouvons avoir un résultat littéralement en une journée”, a-t-il déclaré.
Hirsch a également déclaré qu’il espérait que les réponses viendraient rapidement. “Si c’est vrai, cela prouvera que mon travail des 35 dernières années est faux”, a-t-il déclaré. “Ce qui me rendrait très heureux, car alors je le saurais.”
“Mais je pense que j’ai raison et que c’est faux”, a ajouté Hirsch.
Traduit par Luiz Roberto M. Gonçalves
Collaboration avec Kimberley McGee de Las Vegas
