L'espoir d'un supraconducteur révolutionnaire à haute température se maintient
Les calculs de la TU Wien (Vienne) le montrent : Le matériau LK-99, récemment découvert, possède des propriétés qui pourraient être avantageuses pour la supraconductivité.
Le LK-99 est le nom du matériau qui fait l'objet d'un vif débat dans le monde entier ces jours-ci : Un groupe de recherche coréen a publié fin juillet 2023 des résultats suggérant qu'il pourrait être un supraconducteur même à température ambiante et à pression atmosphérique normale. Les supraconducteurs connus à ce jour ne conservent leurs propriétés que lorsqu'ils sont refroidis à très basse température ou soumis à une pression extrêmement élevée.
Si cette hypothèse est confirmée, il s'agirait d'une avancée considérable : Un tel supraconducteur à haute température a été qualifié à plusieurs reprises de "Saint Graal" de la science des matériaux. Un tel matériau révolutionnerait la façon dont nous produisons, transportons et stockons l'électricité et dont nous utilisons les moteurs électriques. Cependant, des doutes justifiés subsistent. À la TU Wien (Vienne), le matériau a été analysé à l'aide de simulations informatiques et des découvertes intéressantes ont été faites : Les états électroniques calculés sont en effet très favorables à la supraconductivité. Bien sûr, il ne s'agit pas encore d'une preuve de supraconductivité, mais c'est une raison supplémentaire d'accorder une attention particulière à ce nouveau matériau.
La première étape est la structure de bande
Le professeur Liang Si, de l'université Northwestern de Xi'an, et le professeur Karsten Held, de l'institut de physique des solides de l'université technique de Vienne, ont commencé à effectuer des simulations informatiques pour analyser le nouveau matériau LK-99 dès que la découverte a été connue. "La structure de bande du matériau est cruciale", explique Karsten Held. "Elle nous indique quelles combinaisons de vitesse et d'énergie sont possibles pour les électrons dans ce matériau. Si l'on connaît cette structure de bande, on peut en savoir beaucoup sur les propriétés électriques du matériau".
En utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité, Liang Si et Karsten Held ont pu calculer cette structure de bande. Il s'avère que la répulsion électrique entre les électrons signifie que le matériau, dans sa forme pure, devrait en fait être un isolant de Mott - un matériau qui ne conduit aucun courant, en quelque sorte l'opposé d'un supraconducteur. Lors des expériences, on a donc probablement utilisé involontairement une version dopée du matériau, c'est-à-dire une version dans laquelle certains atomes supplémentaires ont été incorporés. Et lorsque des électrons supplémentaires sont ajoutés (ou inversement : enlevés) au matériau par ce type de dopage, le résultat est complètement différent.
"Nous voyons des lignes relativement plates dans la structure de bande et nous savons qu'il existe différents mécanismes qui peuvent conduire à la supraconductivité dans une telle structure de bande", explique Karsten Held. Il semble donc possible que le LK-99 (avec un dopage approprié) soit un supraconducteur. "Cela est confirmé par un autre groupe de recherche de Pékin, qui a conclu, lors d'expériences initiales, que le LK-99 est un isolant paramagnétique. Il faut doper le matériau pour obtenir la structure de bande qui permet potentiellement la supraconductivité", a déclaré M. Held.
Trois autres groupes de recherche ont également effectué des calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité en même temps et ont obtenu des résultats similaires. "Il ne s'agit pas encore d'une preuve de supraconductivité à haute température ; il est toujours possible que ce ne soit pas un supraconducteur. Mais nos résultats nourrissent au moins l'espoir qu'il pourrait s'agir d'un supraconducteur à haute température recherché depuis longtemps", déclare Karsten Held.
Supraconductivité ou diamagnétisme ?
Lorsqu'un supraconducteur est placé sur un aimant, un courant électrique commence à circuler à la surface du supraconducteur, ce qui génère un champ magnétique. Le supraconducteur est repoussé par l'aimant et peut donc flotter au-dessus de celui-ci. L'un des principaux arguments en faveur du LK-99 en tant que supraconducteur était donc une vidéo montrant le LK-99 flottant au-dessus d'un aimant. Ces expériences ont depuis été confirmées par d'autres groupes expérimentaux.
Il existe en effet plusieurs formes de magnétisme : la plus connue est le ferromagnétisme, qui se manifeste par exemple par des morceaux de fer qui peuvent être attirés par un aimant. Les matériaux paramagnétiques peuvent également être attirés par un aimant, mais contrairement au fer, ils ne peuvent pas être eux-mêmes magnétisés de manière permanente. Le contraire est le diamagnétisme : les matériaux diamagnétiques sont repoussés par un aimant.
"Il est donc concevable que le LK-99, s'il est suspendu au-dessus d'un aimant, soit également un diamagnétique ordinaire. C'est d'ailleurs ce que l'on a soupçonné à plusieurs reprises ces derniers jours", explique Karsten Held. Cependant, d'après les calculs théoriques, il considère désormais lui-même que cette hypothèse est moins probable : "Les propriétés électroniques que nous avons calculées ne nous permettent pas de penser que le LK-99 est un diamant. Au contraire, compte tenu de la distribution des électrons, on s'attendrait plutôt à ce que le LK-99 soit paramagnétique". Les expériences menées à Pékin montrent précisément qu'il s'agit d'un isolant paramagnétique. Cela signifie que la lévitation des échantillons de LK-99 indiquerait effectivement une transition vers l'état supraconducteur.
Le "Saint Graal de la science des matériaux" a-t-il été trouvé ? De nombreuses autres étapes sont nécessaires pour le vérifier. "Il y a encore de très bonnes raisons d'être sceptique", déclare Karsten Held. "Je ne parierais pas pour l'instant qu'il s'agit bien d'un supraconducteur à haute température, du moins pas à une cote de 1:1. Mais les résultats montrent au moins que le LK-99 est un matériau très intéressant qui mérite d'être étudié de plus près. Cela reste passionnant.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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