Un supraconducteur fonctionne à température ambiante à basse pression – Ars Technica

Un supraconducteur fonctionne à température ambiante à basse pression – Ars Technica
Agrandir / Un échantillon d’hydrure de lutétium d’environ 1 mm de diamètre a été imagé au microscope dans le laboratoire de l’Université de Rochester, professeur adjoint de génie mécanique, physique et astronomie Ranga Dias. Dias utilise le matériau dans une cellule à enclume de diamant (DAC) à haute pression dans l’espoir de créer de nouveaux matériaux quantiques tels que des supraconducteurs avec une température critique égale ou proche de la température ambiante.

Mercredi, la revue Nature a publié un article décrivant un mélange d’éléments supraconducteurs à température ambiante. Le travail suit une tendance générale consistant à trouver de nouvelles façons d’introduire de l’hydrogène dans un mélange d’autres atomes en utilisant une pression extrême. Cette direction a produit une variété de supraconducteurs à haute température dans des recherches antérieures, bien que leur caractérisation ait été difficile en raison des contraintes impliquées. Cependant, ce nouveau produit chimique est supraconducteur à des pressions beaucoup plus basses que les versions précédentes, ce qui permet aux autres de reproduire plus facilement le travail.

Cependant, le laboratoire qui a produit le produit chimique avait retiré l’un de ses premiers articles sur la supraconductivité à haute température en raison d’un manque de détails sur l’une de ses mesures clés. Il y a donc fort à parier que de nombreux autres chercheurs tenteront de l’imiter.

environnement à basse pression

La forme de supraconductivité impliquée ici nécessite que les électrons coopèrent entre eux, formant ce qu’on appelle des paires de Cooper. L’une des choses qui favorise la formation d’une paire de Cooper est la vibration à haute fréquence (appelée phonon) entre les noyaux atomiques auxquels ces électrons sont liés. Il est plus facile de s’arranger avec des noyaux légers, l’hydrogène étant le plus léger. On pense donc que trouver des moyens d’emballer plus d’hydrogène dans un produit chimique est une voie viable vers la production de supraconducteurs à haute température.

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Cependant, le moyen le plus sûr d’y parvenir consiste à appuyer fortement. Ces pressions peuvent amener l’hydrogène à pénétrer dans la structure cristalline des minéraux ou à former des produits chimiques riches en hydrogène instables à basse pression. Ces deux approches ont abouti à des produits chimiques avec des températures très critiques, le point le plus élevé auquel la supraconductivité est supportée. Alors que ceux-ci auraient approché la température ambiante, cependant, les pressions requises étaient de plusieurs gigapascals – avec chaque gigapascal environ 10 000 fois la pression atmosphérique au niveau de la mer.

Fondamentalement, cela implique d’échanger des températures difficiles contre des pressions difficiles.

Cependant, l’espoir était que nous pourrions utiliser ces produits chimiques pour identifier les principes généraux qui produisent ce type de supraconductivité riche en hydrogène, puis les utiliser pour identifier d’autres produits chimiques qui présentent un comportement similaire dans des conditions plus faciles à entretenir.

C’est ce qui se passe dans le nouveau journal. L’équipe de recherche s’est concentrée sur le lutétium en se basant sur le fait que l’occupation de ses orbitales d’électrons devrait fournir quelques électrons qui pourraient participer à la formation de paires de Cooper, facilitant la supraconductivité. Ils ont ajouté des traces d’azote dans l’espoir que le dopage permettrait au produit chimique d’adopter une configuration qui aiderait à le stabiliser, réduisant ainsi les pressions requises.

à l’improviste, soudainement, à l’improviste

Il était clair qu’il se passait quelque chose avec le mélange lutétium/azote/hydrogène avant toute mesure. Dans des conditions ambiantes, l’addition des deux gaz a viré au bleu de lutétium, probablement en raison d’une fuite d’hydrogène dans le métal. Mais, au fur et à mesure que la pression augmentait à des milliers d’atmosphères, le mélange a pris une couleur rose dramatique, ce qui s’est avéré être lié au fait que le mélange devenait métallique. Continuer à augmenter les pressions à plus de 30 000 fois les pressions atmosphériques lui a fait perdre ses propriétés métalliques et prendre une couleur rouge foncé.

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La supraconductivité était possible dans toute la gamme des pressions atmosphériques de 3 000 à 30 000 fois. Les chercheurs ont donc travaillé sur cette plage de pression pour trouver la pression qui supporte la température critique la plus élevée. Le pic s’est avéré être à près de 10 000 fois la pression.

Cette température était de 294 K, soit environ 21 degrés Celsius, ou 70 degrés Fahrenheit, ce qui, pour la plupart d’entre nous, est la température ambiante.

La supraconductivité modifie également les propriétés magnétiques d’un matériau, et une grande partie de l’article est consacrée à une discussion sur la mesure des propriétés magnétiques d’un échantillon. Ce n’est pas facile, compte tenu de la petite taille de l’échantillon et du fait qu’il est pris en sandwich entre tout le matériel nécessaire pour écraser l’échantillon sous une pression intense.

Beaucoup de travail a également été fait pour essayer de découvrir ce qu’est la matière. Il contient presque certainement de l’hydrogène et de l’azote incorporés dans le minéral, mais on ne sait pas exactement combien, car tout excès des deux gaz pourrait simplement être expulsé de l’échantillon. Les chercheurs ont essayé de faire de la cristallographie dessus, mais les résultats sont quelque peu ambigus. Le signal de l’hydrogène (poids atomique de un) est submergé par le signal du lutétium (poids atomique de 175), et il est possible que l’hydrogène se déplace dans le matériau.

Ainsi, pendant qu’ils déterminent où se trouve l’hydrogène peut être Dans l’article, il n’est pas clair combien de sites étaient réellement occupés. Il sera donc difficile d’extraire des principes plus larges du comportement de cette substance.

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Pouvons-nous croire cela?

Au-dessus de tout cela, il y a une feuille détachable décrivant certaines des mesures antérieures de ce même laboratoire. Cette rétractation a été faite par les éditeurs de Nature malgré les objections des chercheurs. Cela a été annulé par des problèmes avec les données impliquées dans les mesures magnétiques mais sans aucun doute accéléré par le fait que personne ne pouvait confirmer le comportement magnétique car ils ne pouvaient pas fabriquer le produit chimique décrit dans l’article précédent.

Compte tenu de cela, la réponse interne ici serait la méfiance à l’égard du travail en cours. Mais il est également juste de s’attendre à ce que tous les examinateurs du nouveau document reçoivent la même réponse interne, il est donc probable que le nouveau document ait fait l’objet d’un examen minutieux.

Mais l’essentiel est que si ce travail peut être reproduit, il est probable que beaucoup de gens le fassent assez rapidement. En effet, il nécessite un matériel moins élaboré pour le créer. Tant que le laboratoire dispose d’un système de climatisation décent, il devrait être trivial de conserver un échantillon aux températures indiquées ici. Les pressions requises peuvent être atteintes en utilisant un équipement beaucoup moins sophistiqué que celui dont vous auriez besoin pour multiplier les gigapascals requis par les matériaux antérieurs de ce type.

En conséquence, ce matériau devrait être à la portée de bien plus de laboratoires qu’auparavant qui pouvaient travailler sur des supraconducteurs riches en hydrogène. Donc, si ces résultats sont réels, nous devrions voir des rapports de résultats reproduits très prochainement.

Nature, 2023. DOI : 10.1038 / s41586-023-05742-0 (à propos des DOI).

Jacinthe Poulin

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