La course à la découverte des matériaux supraconducteurs à température ambiante est une aventure scientifique qui confine à la science-fiction. Au cœur de cette odyssée se trouve LK-99, un matériau dont on a beaucoup parlé ces derniers temps : bien qu’entouré d’une aura de mystère, il continue de titiller l’imaginaire des chercheurs.
La récente publication d’un article préliminaire sur Arxiv a remis sous le feu des projecteurs ce matériau énigmatique, prometteur d’un potentiel inattendu. Cette fois aussi, évidemment, entre la promesse théorique et la réalisation pratique se trouve un abîme de défis et d’inconnues. Le « feuilleton » intrigue cependant de plus en plus.
LK-99, le mot "fin" manque toujours
Le LK-99, ou apatite de plomb dopée au cuivre, fait l'actualité depuis un certain temps. Ce matériau, au centre de ferventes discussions et de recherches intenses, a été présenté comme un supraconducteur à température ambiante. Aucun laboratoire au monde n'est cependant parvenu à synthétiser un matériau reproduisant les résultats obtenus par les chercheurs qui ont annoncé la découverte.
Malgré une certaine résignation, un récent article pré-publié sur Arxiv a ravivé les espoirs, explorant, à travers des simulations de mécanique quantique, les voies possibles qui pourraient conduire LK-99 vers la supraconductivité. Mais pourquoi est-ce si important ?
La fascination inépuisable de la supraconductivité à température ambiante
La supraconductivité à température ambiante est en quelque sorte le « Saint Graal » dans le domaine de la physique des matériaux. Un tel matériau supraconducteur peut conduire l’électricité sans résistance, un phénomène qui pourrait révolutionner d’innombrables industries, de l’énergie à l’électronique en passant par la médecine. Mais, comme tout Graal qui se respecte, le chemin qui mène à sa découverte est pavé d’énigmes.
LK-99, entre théorie et réalité
Pourquoi personne n’a-t-il reproduit les résultats des laboratoires asiatiques ? Et pourquoi est-il encore possible que ce matériau puisse avoir les propriétés vantées ?
Tout d’abord pour une question liée à sa synthèse même. Le processus de « fabrication » du LK-99 a été décrit par les chercheurs de manière aléatoire, faute de documentation originale. Cela a abouti à plusieurs versions du matériel de la « recette » originale.
Oui mais au final le LK-99 est-il supraconducteur à température ambiante ou pas ?
Dans certains échantillons, des arrangements hautement symétriques de particules fondamentales laissent la possibilité aux électrons de circuler librement et sans résistance, s'appariant généralement dans ce qu'on appelle "Paires de tonneliers". Dans d'autres, ces régions symétriques sont entrecoupées de zones non supraconductrices de faible symétrie. Ces dernières créent des barrières à la libre circulation des électrons, qui, perdant de l'énergie sous forme de chaleur, retombent dans le comportement semi-conducteur typique des matériaux tels que comme le silicium.
En d’autres termes, le LK-99 ne pourrait être supraconducteur à température ambiante qu’en réalisant des conditions précises dans sa structure. Et pour le moment, aucune expérience n’ayant réussi à obtenir ces conditions, le matériel est jugé inadapté.
À la recherche de symétrie
Les auteurs de la dernière étude, Jun Li e Qi An de l'Université d'État de l'Iowa aux États-Unis, suggèrent que la synthèse d'échantillons LK-99 en phase principalement à haute symétrie pourrait ouvrir la voie à la création de supraconducteurs à température ambiante et à pression atmosphérique. Voici le lien, si vous souhaitez en savoir plus.
Une idée passionnante qui souligne cependant un défi de taille : comprendre et contrôler le processus de synthèse. Théoriquement, la supraconductivité à température ambiante semble à portée de main, mais en pratique, le processus de synthèse lui-même (et la supraconductivité elle-même) est peut-être encore trop mal compris pour concevoir des moyens d'améliorer le rendement en augmentant la quantité d'apatite de plomb dopée avec du cuivre utile.
Le chemin vers la supraconductivité du LK-99 est encore long et incertain, mais l’impression est que ce « ping-pong » d’actualités n’est pas une fin en soi. Même si LK-99 s’avère être une impasse, le voyage de découverte se poursuivra et peut-être que ces études seront également utiles pour atteindre l’objectif final.
