Cette semaine, les scientifiques ont annoncé une avancée passionnante vers le rêve d’un matériau capable de conduire facilement l’électricité dans des conditions quotidiennes. Une percée comme celle-ci pourrait transformer presque toutes les technologies utilisant l’énergie électrique, ouvrant de nouvelles possibilités pour votre téléphone, les trains magnétiques et les futures stations de fusion d’énergie.

Normalement, le flux d’électricité rencontre une résistance lorsqu’il se déplace dans les fils, presque comme une forme 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 a apparemment disparu comme par magie. Mais ces matériaux ne perdaient leur résistance qu’à des températures très froides, ce qui limitait les applications pratiques. Pendant des décennies, les scientifiques ont cherché des supraconducteurs qui fonctionnent à température ambiante.

L’annonce de cette semaine est la dernière tentative dans cet effort, mais elle vient d’une équipe confrontée à un scepticisme généralisé car un article de 2020 décrivant un matériau supraconducteur comme prometteur mais moins pratique l’était. se retirer Après que d’autres scientifiques aient remis en question certaines données.

Le nouveau supraconducteur est composé de lutétium, un métal de terre rare, et d’hydrogène avec un peu d’azote mélangé. Il a besoin d’une pression de 14 500 psi avant d’acquérir ses prouesses supraconductrices. C’est environ 10 fois la pression exercée au fond des fosses océaniques les plus profondes.

Mais c’est aussi moins d’un centième de ce qu’exigeait le résultat de 2020, ce qui s’apparentait aux forces de fracturation trouvées à plusieurs milliers de kilomètres de profondeur à l’intérieur de la Terre. Cela indique que d’autres recherches sur le matériau pourraient conduire à un supraconducteur qui fonctionne à des températures ambiantes ambiantes et à la pression atmosphérique typique de 14,7 psi.

« C’est le début d’un nouveau type de matériau utile pour des applications pratiques », a déclaré mardi Ranga P. Dias, professeur de génie mécanique et de physique à l’Université de Rochester à New York, devant une salle remplie de scientifiques. Lors d’une réunion de l’American Physical Society à Las Vegas.

C’était un compte rendu complet des résultats de son équipe Publié mercredi dans Naturequi est la même revue qui a publié, puis retiré, les résultats de 2020.

L’équipe de Rochester a commencé avec de minuscules et minces flocons de lutétium, un métal blanc argenté qui fait partie des éléments de terres rares les plus rares, et l’a comprimé entre deux diamants imbriqués. Ensuite, un gaz composé à 99 % d’hydrogène et à 1 % d’azote a été pompé dans la petite chambre et comprimé à haute pression. L’échantillon a été chauffé pendant une nuit à 150 degrés Fahrenheit, et après 24 heures, la pression a été relâchée.

Environ un tiers du temps, le processus produisait le résultat souhaité : un minuscule cristal bleu vif. « Ce n’est pas si facile d’obtenir l’azote dans l’hydrure de lutétium », a déclaré le Dr Dias.

Dans une salle de laboratoire de l’Université de Rochester utilisée par le groupe du Dr Dias, l’étudiante diplômée Hiranya Basan a démontré la surprenante propriété variable des matériaux 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 viré au rouge.

« C’est très rose », a déclaré le Dr Dias. Avec des pressions plus élevées, dit-il, « il devient rouge vif ».

Faire briller un laser à travers les cristaux a révélé comment ils vibrent et a déverrouillé des informations sur la structure.

Dans une autre pièce, d’autres membres de l’équipe du Dr Dias effectuaient des mesures magnétiques sur d’autres cristaux. Lorsque les températures ont chuté, les gnomes projetés sont apparus dans les données tracées sur l’écran de l’ordinateur, indiquant la transition vers un supraconducteur.

« C’est une mesure directe que nous faisons maintenant », a déclaré le Dr Dias.

Dans l’article, les chercheurs rapportent que les cristaux roses présentaient des propriétés clés des supraconducteurs, telles qu’une résistance nulle, à des températures allant jusqu’à 70 degrés Fahrenheit.

« 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 du Dr Dias. « Les données dans le journal ont fière allure. »

« Si cela est réel, c’est une percée vraiment, 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 du Dr Dias, qui est poursuivi par le scepticisme, les critiques et même les accusations de certains scientifiques selon lesquels il a fabriqué certaines de ses données. Les conclusions de l’article Nature 2020 n’ont pas été reproduites par d’autres groupes de recherche, et les critiques affirment que le Dr Dias a été lent à permettre à d’autres d’examiner ses données ou de mener des analyses indépendantes de ses supraconducteurs.

Les éditeurs de Nature ont rétracté l’article précédent l’année dernière malgré les objections du Dr Dias et des autres auteurs.

« J’ai perdu une certaine confiance dans ce qui vient de ce groupe », a déclaré James Hamlin, professeur de physique à l’Université de Floride.

Cependant, le nouvel article a réussi le processus d’examen par les pairs dans le même journal.

Une porte-parole de Nature a déclaré: « Le retrait d’un article de recherche n’empêche pas automatiquement l’auteur de soumettre de nouveaux manuscrits. » « Tous les manuscrits soumis sont considérés indépendamment sur la base de la qualité et de l’actualité de leurs connaissances. »

Lors de la conférence de mardi à Las Vegas, tant de physiciens se sont entassés dans une salle de conférence exiguë qu’un modérateur a demandé à certains de partir afin qu’ils n’aient pas à annuler la présentation. Une fois la salle éclaircie, le Dr Dias a pu présenter ses découvertes sans interruption. En remerciant la foule, le modérateur a déploré qu’ils aient manqué de temps pour poser des questions.

Le Dr Strobel a reconnu la controverse en cours entourant le Dr Dias et les affirmations inhabituelles précédentes qui n’ont pas encore été reproduites.

« Je ne veux pas trop en dire, mais il pourrait y avoir un modèle de comportement ici », a déclaré le Dr Strobel. « Il pourrait vraiment être le meilleur physicien hyperbare au monde, sur le point de remporter un prix Nobel. Ou quelque chose d’autre se passe. »

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 nulle, mais ils possèdent également une étrange capacité connue sous le nom d’effet Meissner qui garantit qu’il n’y a pas de champ magnétique à l’intérieur d’un matériau. .

Les premiers supraconducteurs connus nécessitaient des températures légèrement supérieures au zéro absolu, ou moins 459,67 degrés Fahrenheit. Dans les années 1980, les physiciens ont découvert ce que l’on appelle les supraconducteurs à haute température, mais même ces supraconducteurs deviennent dans des conditions beaucoup plus froides que celles que nous rencontrons dans l’utilisation quotidienne.

La théorie standard expliquant la supraconductivité prédit que l’hydrogène devrait être supraconducteur à des températures plus élevées s’il peut être comprimé suffisamment fort. Mais même le diamant le plus résistant se brise avant de pouvoir atteindre des contraintes de cette ampleur. Les scientifiques ont commencé à étudier l’hydrogène mélangé à un autre élément, pensant que les liaisons chimiques pourraient aider à comprimer les atomes d’hydrogène.

En 2015, Mikhail Eremets, physicien à l’Institut Max Planck de chimie de Mayence, en Allemagne, a rapporté que le sulfure d’hydrogène – une molécule composée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome de soufre – s’est transformé en un supraconducteur à 94 degrés Fahrenheit sous pression lorsqu’il est comprimé à environ 22 millions. livres par pouce carré. Il s’agissait à l’époque d’une température record pour un supraconducteur.

Le Dr Eremets et d’autres scientifiques ont découvert plus tard que l’hydrure de lanthane – un composé contenant de l’hydrogène et du lanthane – atteignait une température supraconductrice inférieure à 10 degrés Fahrenheit sous de très hautes pressions.

Dans la recherche décrite dans l’article retiré de 2020, le groupe du Dr Dias a utilisé de l’hydrogène, du soufre et du carbone. Les scientifiques ont déclaré que, grâce à trois éléments, ils étaient capables d’ajuster les propriétés électroniques du composé pour obtenir une supraconductivité à haute température.

Cependant, tout le monde n’y croyait pas.

Le principal adversaire du Dr Dias est Jorge Hirsch, un physicien théoricien de l’Université de Californie à San Diego. Il s’est concentré sur les mesures effectuées par le groupe du Dr Dias sur la réponse d’un composé de carbone, de soufre et d’hydrogène à des champs magnétiques fluctuants, ce qui est la preuve de l’effet Meissner. L’intrigue dans l’article semblait très propre et les scientifiques n’ont pas expliqué comment ils avaient exclu les influences de fond dans l’intrigue.

Lorsque le Dr Dias a publié les données brutes sous-jacentes, a déclaré le Dr Hirsch, son analyse a indiqué qu’elles avaient été générées par une formule mathématique et ne pouvaient pas être réellement mesurées dans une expérience. « Avec l’analogie, vous n’obtenez pas de formules analytiques », a déclaré le Dr Hirsch. « Vous obtenez des chiffres avec du bruit. »

Ses plaintes à propos du Dr Dias sont devenues si persistantes et intenses que d’autres dans le domaine ont fait circuler une lettre se plaignant des décennies de comportement perturbateur du Dr Hirsch.

Le Dr Hirsch est un showman de magasin de porcelaine qui s’intéresse à la théorie BCS, qui a été conçue en 1957 par trois physiciens – John Bardeen, Leon N. Cooper et J. Robert Shriver – pour expliquer le fonctionnement de la supraconductivité. À bien des égards, dit-il, BCS est un « mensonge », incapable d’expliquer l’effet Meissner. Il a trouvé sa propre explication alternative.

Notamment, le Dr Hirsch disait 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 quelques alliés.

Alors que le Dr Hirsch prend soin de dire que les scientifiques autres que le Dr Dias ne commettent pas d’inconduite, il dit qu’ils se trompent.

« À mon avis, les bribes deviennent des conclusions », a-t-il déclaré.

résistance et reproduction

Le Dr Hamlin de l’Université de Floride s’est également penché sur les mesures magnétiques et a déclaré qu’il semblait que les données brutes provenaient de données publiées plutôt que l’inverse.

Le Dr Hamlin a également été troublé de constater que plusieurs passages de sa thèse de doctorat, qu’il a rédigée en 2007, figuraient, mot pour mot, dans la thèse du Dr Dias.

D refuse. Dias a poursuivi ses critiques et dit que son groupe a fourni des explications. « C’était comme un bruit de fond », a-t-il déclaré. « Nous essayons de continuer à faire avancer notre science. »

Il a déclaré qu’il s’en tenait toujours aux découvertes précédentes et que le journal de mercredi utilisait une nouvelle technique pour les mesures magnétiques. Il a déclaré que le document avait fait l’objet de cinq séries d’examens minutieux par les examinateurs et que toutes les données brutes à l’origine des conclusions avaient été partagées.

« C’est de retour dans la nature », a déclaré le Dr Dias. « Alors ça vous dit quelque chose. »

Après deux enquêtes universitaires, Sarah Miller, porte-parole de l’Université de Rochester, a déclaré : « Il a été déterminé qu’il n’y a aucune preuve à l’appui de ces préoccupations. » Il a également déclaré que l’université avait « examiné la question du retrait de l’article Nature en septembre 2022 et était parvenue à la même conclusion ».

Quant à une transcription de la thèse de doctorat du Dr Hamlin, le Dr Dias a déclaré qu’il aurait dû inclure des citations. « C’était de ma faute », a déclaré le Dr Dias.

Refaire les mesures prépresse du carbone, du soufre et de l’hydrogène du document retiré de 2020 circule maintenant, mais même cela soulève des questions. « Ils diffèrent grandement des mesures originales », a déclaré le Dr Strobel. « On pourrait dire qu’ils n’ont pas reproduit les résultats eux-mêmes. »

Parce que 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. Le Dr Dias a déclaré qu’il souhaitait fournir une recette plus précise sur la façon de fabriquer le composé et de partager des échantillons, mais les problèmes de propriété intellectuelle doivent d’abord être résolus. Il a fondé une entreprise, Unearthly Materials, qui envisage de transformer la recherche en profits.

Le Dr Strobel a déclaré qu’il commencerait à travailler dès son retour de la conférence de Las Vegas. « Nous pourrions obtenir un résultat littéralement en une journée », a-t-il déclaré.

Le Dr Hirsch a également déclaré qu’il s’attend à ce que les réponses arrivent rapidement. « Si cela est vrai », a-t-il dit, « cela prouve que mon travail des 35 dernières années est faux. » « Ce dont je serais très heureux, car je le saurais. »

Le Dr Hirsch a ajouté: « Mais je pense que j’ai raison et que c’est faux. »

Kimberly McGee Reportage contribué de Las Vegas.