Introduction
Lors d'une conférence animée mardi après-midi lors de la réunion annuelle de mars de l'American Physical Society à Las Vegas, Ranga Dias, un physicien de l'Université de Rochester, a annoncé que lui et son équipe avaient réalisé un rêve vieux d'un siècle : un supraconducteur qui fonctionne à température ambiante et à une pression proche de celle de la pièce. L'intérêt était si intense pour la présentation que le personnel de sécurité a bloqué l'accès à la salle débordante plus de quinze minutes avant la conférence. On pouvait les entendre chasser les curieux peu de temps avant que Dias ne commence à parler.
Les resultats, publié aujourd'hui dans Nature, semblent montrer qu'un conducteur conventionnel - un solide composé d'hydrogène, d'azote et de lutétium, un métal de terre rare - s'est transformé en un matériau sans défaut capable de conduire l'électricité avec une efficacité parfaite.
Alors que l'annonce a été accueillie avec enthousiasme par certains scientifiques, d'autres sont beaucoup plus prudents, soulignant l'histoire controversée du groupe de recherche en matière de malversations présumées en matière de recherche. (Dias nie fermement les accusations.) Réactions de 10 experts indépendants contactés par Quanta allant de l'excitation débridée au licenciement pur et simple, de nombreux experts exprimant une version d'optimisme prudent.
Auparavant, la supraconductivité n'était observée qu'à des températures glaciales ou à des pressions écrasantes - des conditions qui rendent ces matériaux impraticables pour des applications souhaitées depuis longtemps telles que les lignes électriques sans perte, les trains à grande vitesse en lévitation et les appareils d'imagerie médicale abordables. Le composé nouvellement forgé conduit le courant sans résistance à 21 degrés Celsius (69.8 degrés Fahrenheit) et à une pression d'environ 1 gigapascal. C'est encore beaucoup de pression - environ 10 fois la pression au point le plus profond de la fosse des Mariannes - mais c'est plus de 100 fois moins intense que la pression requise dans les expériences précédentes avec des matériaux similaires.
"Si cela s'avère exact, c'est peut-être la plus grande percée de l'histoire de la supraconductivité", a déclaré James Hamlin, un physicien de l'Université de Floride qui n'a pas participé aux travaux. Si c'est vrai, dit-il, "c'est une découverte bouleversante, révolutionnaire et très excitante". Mais les incidents impliquant le travail antérieur de l'équipe - y compris, mais sans s'y limiter, une revendication de supraconductivité proche de la température ambiante publié dans Nature en 2020 et rétracté à la fin de l'année dernière - ont jeté une ombre sur l'annonce d'aujourd'hui. "Il est difficile de ne pas se demander si certains des mêmes problèmes qui n'ont pas été résolus dans les travaux précédents existent également dans le nouveau travail", a déclaré Hamlin.
Atteindre tous les repères
Depuis plus d'un siècle, les scientifiques savent que le refroidissement de la plupart des métaux à des températures inférieures à quelques degrés du zéro absolu entraîne une métamorphose spectaculaire. Autour de cette « température critique », qui varie d'un matériau à l'autre, les électrons s'apparient et forment une sorte de fluide quantique. Une fois que cela se produit, les électrons ne rebondissent plus dans les atomes du matériau - des interactions qui génèrent de la résistance - ce qui leur permet de circuler sans perte d'énergie.
L'objectif primordial de la recherche sur la supraconductivité depuis lors a été d'élever la température critique.
Pendant des décennies, les physiciens ont fait des progrès progressifs, augmentant régulièrement la température critique en testant différentes combinaisons d'éléments. Une classe de matériaux prometteuse, connue sous le nom d'hydrures, a émergé ces dernières années. Les hydrures sont des composés qui combinent l'hydrogène poids plume avec des atomes plus lourds comme le soufre ou les métaux. Plus il y a d'hydrogène, mieux c'est pour la supraconductivité, pensent les physiciens. Les chercheurs ajoutent parfois un saupoudrage d'autres atomes, tels que le carbone ou l'azote, pour affiner davantage ses propriétés. Le premier hydrure supraconducteur, rapporté dans 2015, a atteint sa transition à environ moins 70 degrés Celsius et 155 gigapascals de pression (près de la moitié de celle du noyau terrestre). En trois ans, le même groupe ainsi que une les deux ont produit encore plus de matériaux "superhydrures" riches en hydrogène qui pouvaient être supraconducteurs jusqu'à moins 13 degrés Celsius et à 190 gigapascals.
La nouvelle étude démolit tous les records passés. Depuis quelques années, l'équipe de Dias travaille sur un superhydrure à base de lutétium. Pour produire un échantillon, l'équipe baignait une fine pellicule de lutétium dans un parfum composé à 99 % d'hydrogène et 1 % d'azote tout en le faisant cuire pendant quelques jours à 200 degrés Celsius. Une cellule à enclume en diamant comprimerait alors l'échantillon à 2 gigapascals de pression. L'équipe desserrait ensuite progressivement l'enclume tout en testant l'échantillon pour les propriétés supraconductrices. Dias a déclaré que sur des centaines d'échantillons produits, ils ont pu observer la supraconductivité dans des dizaines d'échantillons même après que la pression ait été abaissée à environ 1 gigapascal.
Pour démontrer la supraconductivité, l'équipe a atteint trois références de manuels. À la température critique, ils ont montré une baisse de résistance et un pic dans une propriété liée à la rapidité avec laquelle un matériau se réchauffe. L'équipe a également réussi à mesurer directement l'expulsion d'un champ magnétique des échantillons - une signature sans ambiguïté pour la supraconductivité appelée effet Meissner qui n'a jamais été démontrée de manière convaincante auparavant dans un superhydrure. Curieusement, l'échantillon a également changé de couleur du bleu au rose au rouge en synchronisation avec ses changements de phase.
Les tracés de l'article sont exactement ce que les chercheurs recherchent lorsqu'ils testent la supraconductivité. Les preuves solides ravissent de nombreux scientifiques qui ont passé des décennies à rechercher des matériaux capables de rapprocher le phénomène des conditions quotidiennes.
« J'ai vraiment hâte de voir le résultat. Et je ne doute en aucun cas que ce qu'ils observent est ce que c'est », a déclaré Siddharth Saxena, un physicien de l'Université de Cambridge qui n'était pas impliqué dans les nouveaux travaux. Eva Zurek, un chimiste théoricien de l'Université de Buffalo qui communique souvent avec le groupe de Rochester mais qui n'était pas non plus impliqué dans la recherche, a déclaré qu'un matériau supraconducteur dans ces conditions "aurait un impact sur tous les aspects de notre vie d'une manière que nous ne pouvons pas imaginer". Hamlin convient que la démonstration "est un tour de force de tous les types de mesures que vous voudriez voir sur ce matériau, produisant exactement le type de données que vous espérez voir".
Une histoire troublée
Pourtant, Hamlin et d'autres chercheurs insistent sur le fait que le passé du groupe exige que les affirmations historiques d'aujourd'hui fassent l'objet d'un examen minutieux historique.
"Il y a beaucoup de preuves de la supraconductivité ici si vous les prenez au pied de la lettre", a déclaré Jorge Hirsch, physicien à l'Université de Californie à San Diego. « Mais je ne crois rien de ce que disent ces auteurs. Je ne suis pas vendu du tout.
Hirsch a déclaré que sa méfiance découlait d'une longue histoire d'allégations de méfaits dans la recherche faites contre des membres précédents et actuels du groupe, dont il a insisté pour la plupart. Plus récemment, en 2020, Dias et ses co-auteurs ont publié une étude sur un hydrure de soufre carboné (CSH) qui a atteint sa transition critique à environ 14 degrés Celsius (57.2 degrés Fahrenheit) et 267 gigapascals. Presque immédiatement, une poignée d'experts ont repéré des modèles inhabituels dans les données utilisées pour vérifier la réponse du matériau aux champs magnétiques. Lorsque Dias et son collaborateur fréquent, Salamat d'Ashkan, un physicien de l'Université du Nevada à Las Vegas a publié ses données brutes un an plus tard sous la forme d'un Document 149, ils ont détaillé une méthode inhabituelle et compliquée pour éliminer les interférences magnétiques de fond – une méthode qui, selon eux, leur était nécessaire pour détecter le minuscule champ magnétique rejeté par le petit échantillon. Cette méthode était incompatible avec la façon dont ils avaient décrit la procédure dans l'article original, ce qui a conduit Nature d'émettre une rétractation en septembre dernier.
Hirsch et d'autres physiciens affirment que l'inconduite va au-delà d'une confusion trompeuse concernant le fond magnétique. En septembre, Hirsch et Dirk van der Marel, professeur émérite à l'Université de Genève, a publié une réclamation que ce que Dias et Salamat avaient publié comme données brutes sur le CSH était en fait dérivé des données publiées. « [Nous] avons prouvé mathématiquement que les données brutes ne sont pas mesurées en laboratoire ; ils sont fabriqués », a déclaré Hirsch. Hamlin libéré indépendamment une préimpression en octobre dernier, affirmant que les données de résistivité électrique semblaient également avoir été traitées de manière non divulguée – une nouvelle allégation au sommet du problème qui a conduit à la rétractation de 2022.
Introduction
Dias défend vigoureusement son travail. Dans les mois qui ont suivi la rétractation, Dias a mené des expériences supplémentaires sur le matériau CSH aux laboratoires nationaux d'Argonne et de Brookhaven. Dans ceux-ci, il a invité des scientifiques indépendants à observer la transition supraconductrice du matériau. Il a récemment déposé une nouveau manuscrit à Nature qui répète avec rigueur l'affirmation de la supraconductivité à haute température dans le CSH, selon lui, dissipera les allégations passées.
« Les témoins de nos travaux ont attesté de notre découverte. Nous avons démontré que le CSH fonctionne pour atteindre la supraconductivité, tout comme la "reddmatter", a déclaré Dias, se référant au groupe informel, Star Trek–nom inspiré du nouveau matériau à base de lutétium. "Vous pouvez croire ou non les preuves, mais vous ne pouvez pas les ignorer."
Nilesh Salké, un physicien de l'Université de l'Illinois à Chicago qui a aidé aux nouvelles mesures et n'a pas participé à la recherche de 2020, a déclaré que "les nouveaux travaux confirment la supraconductivité dans le CSH". Il a qualifié la découverte du nouveau matériau de lutétium de "remarquable", ajoutant qu'il s'agit "d'une étape importante dans le domaine de la supraconductivité".
Pourtant, le document CSH n'est pas le seul travail connexe sous le feu. L'un des co-auteurs de l'article du CSH, Mathew Debessai, a été le premier auteur d'un étude de 2009 revendiquant la supraconductivité dans un troisième matériau, l'europium, qui a ensuite été rétracté pour avoir présenté des données modifiées. (Dias n'était pas co-auteur de cet article.) Hirsch affirme que dans cette publication, "les données sont copiées et collées dans une autre région". Autres ont également fait valoir que certaines des données d'un autre Articles récents de Dias a été dupliqué à partir de données prises alors que l'équipe étudiait une substance complètement différente.
Dias nie fermement toutes les allégations d'actes répréhensibles et continue de s'efforcer d'établir rigoureusement ses affirmations selon lesquelles il trouverait de la supraconductivité à des températures quotidiennes et ce qui compte comme des pressions presque quotidiennes dans la communauté de la physique des hautes pressions. Il souligne que l'article d'aujourd'hui décrivant la supraconductivité à basse pression dans le lutétium a fait l'objet d'un processus d'examen par les pairs inhabituellement rigoureux impliquant plusieurs séries d'examens sur une bonne partie de l'année. Dias a également déclaré qu'il partageait toutes ses données brutes avec Nature, et qu'il sera publié avec le nouveau résultat. Plusieurs experts indépendants ont exprimé leur confiance dans Naturecapacité de s'assurer que le résultat soit le plus rigoureux possible.
« Je suis presque sûr que Nature le rédacteur en chef et les critiques doivent les avoir grillés avant de donner un signal vert », a déclaré Salke.
"Pour moi, il est difficile d'imaginer une deuxième rétractation", a déclaré Mikhaïl Eremets, un physicien de l'Institut Max Planck de chimie en Allemagne qui a dirigé la découverte des supraconducteurs à base d'hydrure. "Nous devrions y réfléchir sérieusement malgré la préhistoire."
Dias a souligné que lui et ses collègues ont été totalement transparents au cours d'un processus d'examen extrêmement approfondi. "Cette fois, nous avons tout donné", a-t-il déclaré. « Toutes les techniques et tout. Les examinateurs ont eu accès à toutes les données.
Le processus d'examen remarquable, lorsqu'il se superpose à une histoire incertaine, a laissé certains chercheurs dans les limbes. "Je ne sais plus ce que je peux croire", a déclaré van der Marel. "C'est tout le problème."
Confirmation et commerce
En fin de compte, l'acceptation par la communauté élargie des chercheurs sera entre les mains d'autres laboratoires. Sauront-ils reproduire le matériau et confirmer ses propriétés supraconductrices ? Il y a des raisons d'espérer qu'une réponse viendra assez rapidement.
Bien qu'il n'y ait qu'une poignée de groupes dans le monde qui pourraient travailler avec les pressions incroyablement élevées de l'enclume de diamant nécessaires pour voir la supraconductivité dans le CSH, il existe des dizaines de laboratoires qui peuvent travailler dans le régime à basse pression du matériau à base de lutétium, dit Hamlin. Dias a déclaré qu'au cours des derniers mois, son laboratoire a travaillé sur un moyen de retirer entièrement les cellules d'enclumes en diamant du processus, ce qui pourrait accélérer encore les efforts pour confirmer la découverte.
Pour permettre à d'autres laboratoires de reproduire fidèlement les résultats, le groupe doit être disposé à partager l'intégralité de son ensemble de données brutes ainsi que des méthodes détaillées de préparation d'échantillons, ou à envoyer des échantillons de leur matériel à d'autres laboratoires pour les tester, a déclaré Hamlin.
Cependant, l'accès extérieur peut être en deçà des espoirs de la communauté. Dias et Salamat ont fondé une startup, Matériaux surnaturels, qui, Dias a affirmé Valérie Plante., a déjà levé plus de 20 millions de dollars de financement auprès d'investisseurs, dont les PDG de Spotify et d'OpenAI.* Ils ont également récemment déposé une demande de brevet sur le matériau à base d'hydrure de lutétium, ce qui les dissuaderait d'envoyer des échantillons par la poste. "Nous avons des instructions claires et détaillées sur la façon de fabriquer nos échantillons", a déclaré Dias. "Nous n'allons pas distribuer ce matériel, compte tenu de la nature exclusive de nos processus et des droits de propriété intellectuelle qui existent." Il a suggéré que "certaines méthodologies et processus" sont également hors de propos.
"Sans enfreindre les lois sur la propriété intellectuelle, nous sommes heureux de partager ce que nous avons fait", a déclaré Dias. "Il y a aussi quelques limites, mais je pense que nous pouvons trouver quelque chose."
Note de la rédaction:
Lors d'une conférence organisée en 2021 par l'Association sri-lankaise pour l'avancement des sciences et publié plus tard sur YouTube, Dias a déclaré: «Nous avons récemment levé 20 millions de dollars juste pour, vous savez, nous concentrer sur la partie scientifique de cela. Et ce sont les investisseurs que nous avons utilisés pour ce type de technologie. A ce moment (43:25 dans la vidéo) une liste de noms apparaît à l'écran. Dans la catégorie "Investisseurs (série A)", les noms incluent Sam Altman, PDG d'OpenAI, et Daniel Ek, co-fondateur et PDG de Spotify. Suite à la publication de cet article, un représentant de Dias a déclaré à Quanta qu'il s'agissait de "déclarations ambitieuses", que la société n'avait pas levé de fonds et que les noms répertoriés étaient des investisseurs potentiels.
Correction: 8 mars 2023
La version originale de cet article identifiait Nilesh Salke comme chercheur postdoctoral. En fait, il est professeur assistant de recherche.
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