Chambre

Les allégations concernant un supraconducteur à température ambiante sont devenues virales la semaine dernière. Voici tout ce que nous savons.

Depuis leur première découverte en 1911, les supraconducteurs – des matériaux parfaitement conducteurs de l’électricité – ont longtemps séduit et séduit les physiciens.

Les supraconducteurs sont utilisés dans les accélérateurs de particules, les appareils à fusion nucléaire, les appareils IRM et même les trains maglev. Pourtant, des applications plus larges et plus courantes sont entravées par une limite de température prohibitive : jusqu’à présent, il n’a été prouvé qu’aucun supraconducteur ne fonctionnait aux pressions et températures ambiantes.

Le 22 juillet, des scientifiques sud-coréens ont publié des recherches affirmant avoir résolu ce problème. Ils disent que leur matériau, appelé LK-99, a une résistivité électrique, ou résistance au flux de courant électrique, qui tombe à près de zéro à 30 degrés Celsius (86 degrés Fahrenheit). Leurs affirmations ont déclenché une course mondiale pour recréer le matériau et tester ses propriétés. Au 4 août, personne n'avait encore pu reproduire les résultats.

Voici tout ce que vous devez savoir sur les supraconducteurs.

Tous les matériaux possèdent une propriété appelée résistivité : essayez d’envoyer un courant électrique à travers eux, et une partie de l’énergie contenue dans le courant est inévitablement perdue. En effet, les électrons porteurs de courant entrent en collision avec des ions qui tremblent à l'intérieur du matériau, créant ainsi une opposition à leur flux.

Mais refroidissez un matériau afin que les ions qu'il contient aient moins d'énergie pour vibrer et que les taux de collision diminuent, réduisant ainsi considérablement la résistivité. La plupart des matériaux devraient atteindre l’état impossible à atteindre du zéro absolu pour avoir une résistivité nulle, mais certains matériaux rares peuvent atteindre une résistivité nulle au-dessus du zéro absolu – nous appelons ces matériaux des supraconducteurs.

Le premier supraconducteur a été découvert en 1911 après que le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes ait remarqué qu'un fil de mercure surfondu (sa température abaissée à environ moins 452 F (moins 269 C) ne résistait plus au flux d'électricité ; une observation qui lui a valu le prix Nobel. en physique. Ses observations furent bientôt faites en utilisant d'autres éléments tels que le plomb, le niobium et l'étain.

Malgré la découverte d'Onnes, il faudrait des décennies pour expliquer pourquoi cela s'est produit.

L’explication a finalement émergé en 1957 sous le nom de « théorie BCS », lauréate du prix Nobel. Nommée d'après ses découvreurs John Bardeen, Leon Cooper et John Robert Schrieffer, la théorie BCS expliquait que la supraconductivité émergeait des ondulations provoquées par les électrons lorsqu'ils se déplaçaient à travers le matériau. À des températures suffisamment basses, ces ondulations provoquent l’attraction des noyaux atomiques à l’intérieur des atomes les uns vers les autres, provoquant à leur tour un léger décalage de charge qui attire un deuxième électron vers le premier. La force de cette attraction provoque quelque chose d’étrange : au lieu de se repousser par la force de répulsion électrostatique, les électrons se lient ensemble pour former une « paire de Cooper ».

Les paires de Cooper suivent des règles de mécanique quantique différentes de celles des électrons solitaires. Au lieu de s’empiler les unes sur les autres pour former des coquilles d’énergie, elles agissent comme des particules de lumière – dont un nombre infini peut occuper le même point de l’espace en même temps. Créez suffisamment de ces paires de Cooper dans un matériau et elles deviennent un superfluide, s'écoulant sans aucune perte d'énergie. Remuez un superfluide une fois, et il restera théoriquement tourbillonnant jusqu'à la fin de l'univers.

Mais c’était loin d’être la surprise finale que la supraconductivité réservait aux physiciens. En 1986, feu Alex Müller et Georg Bednorz, tous deux d'IBM, ont découvert que des matériaux appelés cuprates – constitués de couches de cuivre et d'oxygène prises en sandwich entre d'autres éléments – pouvaient être supraconducteurs à des températures aussi élevées que moins 211 F (moins 135 C).

On ne comprend pas encore totalement pourquoi cela se produit, mais la théorie dominante est celle proposée par le physicien américain Phillip Anderson, qui suggère que les électrons choisiront de changer de place les uns par rapport aux autres via un processus de mécanique quantique appelé superéchange.