La supraconductivité à température ambiante reproduite avec succès pour la première fois ? L’expérience nationale balaye l’écran dans le monde entier, et l’équipe coréenne veut retirer le papier, alors ne vous excitez pas trop

Le 23 juillet, une équipe de recherche scientifique sud-coréenne a mis en ligne deux articles sur le site Web de prépublication arXiv, affirmant qu'elle avait atteint la supraconductivité à pression et température normales avec une température critique dépassant 400K (environ 127°C).

Dès que la nouvelle est sortie, il y a eu un tollé et des équipes de recherche scientifique de divers pays se sont jointes à la réapparition de l'expérience supraconductrice à pression et température normales "frottement des mains".

Après plusieurs expériences répétées de "sit-ups", Wu Hao, postdoctorant à l'École des sciences et technologies des matériaux de l'Université des sciences et technologies de Huazhong, et Yang Li, doctorant, sous la direction du professeur Chang Haixin, ont réussi vérifié et synthétisé le cristal LK-99 qui peut être en lévitation magnétique pour la première fois.L'angle de lévitation est supérieur à l'angle de lévitation magnétique de l'échantillon obtenu par l'équipe de recherche scientifique coréenne, et il est prévu de réaliser le véritable magnétique supraconducteur sans contact lévitation.

Les chercheurs ont déplacé un petit aimant sous l'échantillon pour voir si l'échantillon lévitait magnétiquement. Les résultats expérimentaux montrent que les échantillons se repoussent sous les deux pôles de l'aimant.

Avant la date limite, le nombre de vues de la vidéo sur la station B a atteint 7,1 millions, et il continue d'augmenter.Il semble que les engrenages du destin professionnel des quatre grands tiankengs vont tourner à nouveau.

"L'alchimie" pour affiner les supraconducteurs ?

En fait, depuis que l'équipe coréenne a publié l'article, en raison des conclusions expérimentales choquantes, de nombreux chercheurs l'ont remis en question pour la première fois.

Susannah Speller, professeur de science des matériaux à Oxford, a déclaré: "C'est encore tôt, et nous n'avons pas de preuves solides de la supraconductivité dans ces échantillons."

Michael Norman, physicien théoricien au Laboratoire national d'Argonne aux États-Unis, a vivement critiqué : "La façon dont ils font des expériences ressemble plus à des amateurs."

Le professeur Wen Haihu de l'Université de Nanjing a également déclaré par euphémisme dans une interview : « À l'heure actuelle, il n'y a aucune preuve solide qu'il s'agit d'un matériau supraconducteur à température et pression ambiantes. Si vous voulez vérifier l'authenticité, vous devez attendre les résultats expérimentaux. de l'équipe de recherche scientifique pour juger."

Différente de la supraconductivité conventionnelle, la supraconductivité à pression normale et à température ambiante doit répondre à plusieurs conditions. Une compréhension simple est à haute température (peut être supraconductrice à température ambiante), la stabilité (maintient un état supraconducteur sous une pression atmosphérique normale et perd la supraconductivité sans être affecté par les conditions extérieures) et est facile à fabriquer (fabriqué par des méthodes ordinaires sans nécessiter l'utilisation d'équipement ou de conditions spéciales).

Fait intéressant, les résultats de réapparition des équipes de recherche scientifique dans divers pays sont également différents.

L'équipe de recherche de l'Université de Beihang a utilisé la méthode de test de résistance pour vérifier la supraconductivité des échantillons. Les résultats ont montré que bien que l'échantillon qu'ils ont synthétisé soit parfaitement cohérent avec la formule chimique de LK-99 précédemment publiée par l'équipe sud-coréenne, ils n'ont pas observé de phénomènes supraconducteurs évidents dans l'échantillon, et avaient même des caractéristiques de type semi-conducteur.

Sun Yue, professeur à l'Université du Sud-Est, a annoncé l'ensemble du processus de reproduction de l'expérience supraconductrice à pression et température normales sur le canal "Scientific Investigation Bureau" de la station B. Les résultats ont montré que l'échantillon avait un faible diamagnétisme, mais il n'y avait pas de supraconducteur. phénomène de lévitation magnétique.

Bien qu'une autre partie de l'équipe de recherche scientifique ait prétendu reproduire le diamagnétisme du LK-99, le « diamagnétisme » n'est qu'une condition nécessaire mais non suffisante pour les matériaux supraconducteurs. En d'autres termes, les matériaux supraconducteurs ont un « diamagnétisme », mais le « diamagnétisme » n'est pas nécessairement C'est un supraconducteur, et la réalisation parfaite d'une résistance nulle à pression et température normales est également l'un des points dignes d'attention.

Comme mentionné ci-dessus, bien que l'équipe du professeur Chang Haixin de l'Université des sciences et technologies de Huazhong ait vérifié et synthétisé le cristal LK-99 qui peut réaliser la lévitation magnétique pour la première fois, la supraconductivité et la quantification du flux doivent encore être vérifiées.

Cependant, certaines équipes de recherche pensent que LK-99 pourrait être un supraconducteur.

Le Lawrence Berkeley National Laboratory des États-Unis a vérifié le mécanisme théorique du LK-99 par simulation informatique et estime que le LK-99 peut devenir un supraconducteur à température ambiante et à pression ambiante.

Les résultats des simulations informatiques montrent qu'après que les atomes de cuivre remplacent une partie des atomes de plomb dans le matériau d'apatite, l'état d'énergie électronique du cuivre deviendra une distribution plate et étroite en forme de bande, ce qui, selon les scientifiques, est un signal important pour la réalisation de haute -supraconductivité de température. L'équipe de recherche scientifique a également découvert que les résultats des calculs montrent que l'apatite dopée au cuivre présente de nombreuses conditions propices à la supraconductivité, de sorte que les résultats sont considérés comme prometteurs.

Face à divers doutes, Hyun-Tak Kim, le troisième auteur du deuxième article de l'équipe de recherche scientifique coréenne, a déclaré dans une interview au "Daily Economic News" que son équipe avait précédemment découvert une erreur dans l'article, qui a maintenant été révisé. Il a ajouté: "Le matériau supraconducteur à pression atmosphérique et à température normale LK-99 produit peut être reproduit en un mois."

Il est également rapporté que l'équipe de recherche scientifique sud-coréenne a peut-être caché le processus clé en raison de conflits internes et de conflits, de sorte que le contenu supraconducteur des échantillons dans l'expérience de reproduction actuelle n'est relativement pas si élevé.

Des internautes aux yeux perçants ont relevé les détails du recuit et du refroidissement soupçonnés d'être cachés par l'équipe coréenne dans un article "High Tc Oxide Superconductor with Infinite Layer Structure".

Son analyse a souligné qu'une haute tension interne stable peut faire bouger les électrons internes de manière ordonnée et rapide, ce qui est un environnement nécessaire à la supraconductivité.

Au cours d'innombrables expériences, Kim, membre de l'équipe de recherche scientifique sud-coréenne, a accidentellement découvert que lorsque le tube de quartz contenant l'échantillon était fissuré à un certain moment après sa sortie du four et que de l'oxygène était introduit à ce moment-là, le produit fini super conducteur.

À l'heure actuelle, les nouvelles liées à LK-99 émergent les unes après les autres. Que LK-99 soit la clé pour déverrouiller la technologie humaine a besoin de plus de temps pour faire une démonstration minutieuse, alors s'il vous plaît ne soyez pas trop nerveux. Personne ne s'envolera quand vous vous réveillez demain Voie lactée.

Il est indéniable qu'une fois que le matériau supraconducteur à pression et température normales sera disponible, il aura une portée considérable, ne serait-ce qu'inaugurant un nouveau cycle de révolution industrielle.

Par exemple, dans le domaine de l'énergie, l'application de matériaux supraconducteurs à pression et température normales peut améliorer l'efficacité des réseaux de transport d'électricité, favoriser un fonctionnement plus efficace des dispositifs renouvelables tels que les générateurs supraconducteurs et les éoliennes, et réduire les pertes d'énergie ;

Dans le domaine des transports, les caractéristiques de résistance nulle des matériaux supraconducteurs peuvent être utilisées dans des systèmes de train maglev efficaces pour obtenir un transport plus rapide et plus économe en énergie ;

Dans le domaine de la recherche médicale et scientifique, l'application de la supraconductivité à température et pression normales peut également favoriser le développement de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et d'autres technologies d'imagerie médicale, ainsi que la fabrication d'aimants et de détecteurs avancés pour la recherche scientifique ;

Si nos cerveaux sont plus gros, les propriétés supraconductrices renverseront également la conception de produits existants et l'adoption de matériaux/technologies, plus besoin de système de refroidissement, la fibre optique/CCL de haut niveau sera remplacée, etc., même s'il est aussi petit qu'un iPhone Les appareils de téléphonie mobile peuvent également avoir une puissance de calcul comparable à celle des ordinateurs quantiques.

Mais avant cela, comprenez-vous vraiment ce qu'est la supraconductivité ?

Pourquoi la supraconductivité à température ambiante est-elle le "Saint Graal de la physique" ?

En 1911, le scientifique Onnes abaisse le gaz rare hélium à une basse température de 4,2K (environ -270°C), liquéfie l'hélium, puis utilise l'hélium liquide pour traiter le mercure métallique. A cette époque, Onnes mesure la résistance du mercure et a constaté que le métal Au fur et à mesure que la température baisse, la résistance du mercure diminue progressivement, puis disparaît soudainement et devient 0, devenant un matériau supraconducteur.Plus tard, les gens ont appelé ce phénomène la supraconductivité.

C'est l'histoire de la physique que tout le monde avec neuf ans d'enseignement obligatoire a entendue. Lorsque chaque professeur de physique parle du chapitre de la supraconductivité, ses yeux brillent. Comme un missionnaire, il décrit la signification de la supraconductivité et le brillant avenir après la réalisation de la supraconductivité à température ambiante aux étudiants, afin que l'histoire de la supraconductivité puisse être transmise. de génération en génération. .

En un sens, la supraconductivité possède les éléments essentiels d'un conte de fées, c'est-à-dire des intrigues antiréalistes extraordinaires et des descriptions presque exagérées——0 la résistance est contraire au bon sens, et les conditions de préparation super dures ajoutent du mystère, sans compter que le la réalisation de la supraconductivité aura un impact réel sur les gens.

La superposition de ces différents facteurs fait de la supraconductivité l'un des concepts physiques frontières les plus facilement franchissables, et sa résistance à la propagation est bien inférieure à celle de termes "peu communs" tels que le boson de Higgs, les ondes gravitationnelles et la matière noire. Cependant, lorsque nous voulons discuter de ce qu'est la supraconductivité et du principe de la supraconductivité, cela peut toucher l'angle mort des connaissances de la plupart des gens.

Pour répondre à cette question, nous devons d'abord comprendre comment la résistance est générée.

En prenant le métal comme exemple, il y a un réseau chargé positivement à l'intérieur du métal et la couche externe est constituée d'électrons libres.Lorsque nous appliquons un champ électrique, le processus de déplacement des électrons libres forme un courant.

Dans ce processus, certains électrons libres peuvent frapper le réseau cristallin, transférer une partie de l'énergie au réseau, et le réseau vibre à nouveau pour générer de la chaleur.C'est tout le processus de chauffage par résistance.

Avant qu'Onnes ne découvre le phénomène de supraconductivité, la communauté scientifique se disputait sur les facteurs affectant la résistance. Le scientifique Matheson pensait que lorsque la température du conducteur descendait suffisamment bas, la vibration du réseau cristallin s'affaiblirait et la résistance chuterait mais pas. tomber à 0. Un autre scientifique, Kelvin, pense que lorsque la température baisse, la résistance diminue d'abord, puis la résistance augmente à nouveau à une certaine température, car lorsque la température est trop basse, les électrons sont également "gelés" et leur mouvement est limité.

Le scientifique Dewar pense qu'à mesure que la température baisse, la résistance chute progressivement à 0, et finalement l'expérience d'Onnes prouve que le point de vue de Dewar est correct.

En fait, rien que pour étudier si la résistance des supraconducteurs tombe vraiment à 0, ou si la résistance est si petite que l'instrument ne peut pas la mesurer, les scientifiques ont fait beaucoup de recherches expérimentales pour le prouver, et nous ne le répéterons pas ici.

Ce que je veux souligner ici, c'est que bien que le phénomène de la supraconductivité soit facile à comprendre, la recherche sur la supraconductivité après des centaines d'années est un travail académique très rigoureux et profond.Si vous sautez aux conclusions sans suffisamment de preuves, vous pouvez même profiter du sujet ne fera que faire du mot "supraconducteur" un terme académique surconsommé par les sciences civiles, telles que l'infrarouge et le quantique.

En 1933, le scientifique Meissner découvrit un autre phénomène important des supraconducteurs : les supraconducteurs sont complètement diamagnétiques, ce que l'on peut aussi appeler l'effet Meissner.

Des objets ordinaires placés dans un champ magnétique peuvent être pénétrés par le champ magnétique, mais si un supraconducteur est placé dans un champ magnétique, on constatera que le champ magnétique sera complètement isolé (supraconducteur de type I) ou partiellement isolé à l'extérieur (type II supraconducteur), qui a une forte résistance magnétique.

Il existe des théories pour expliquer que cela est dû au fait qu'un courant est généré à l'intérieur du supraconducteur, formant ainsi un champ magnétique qui annule le champ magnétique externe, de sorte que le diamagnétisme peut être atteint.

Il convient de noter que le diamagnétisme n'est pas une caractéristique unique des supraconducteurs. Des matériaux tels que le graphite pyrolytique présentent également un diamagnétisme. Par conséquent, la manière la plus rigoureuse de vérifier les matériaux supraconducteurs est de mesurer la résistance du matériau.

En 1957, trois scientifiques Bardeen, Cooper et Schrieffer ont proposé la fameuse théorie BCS pour expliquer le phénomène de supraconductivité.

La théorie BCS estime qu'à basse température, il existe une attraction mutuelle entre les électrons dans les matériaux, et cette attraction amènera les électrons à former un état d'appariement spécial, appelé paire de Cooper.

Dans des conditions normales, les électrons entrent en collision les uns avec les autres, provoquant une résistance électrique. Mais dans l'état supraconducteur, les paires de Cooper formées par ces amas d'électrons ne se déplacent pas de manière aléatoire comme des électrons individuels, mais se déplacent en coopération de manière collective.

À ce moment, les paires de Cooper peuvent faire la navette entre les réseaux en groupes sans être dérangées par les réseaux, c'est pourquoi les supraconducteurs peuvent conduire le courant sans entrave à basse température.

Après l'explication du phénomène de supraconductivité, la communauté scientifique s'est lancée dans une "course aux supraconducteurs" dans les années 1980. La température critique des supraconducteurs est passée de 40K à 77K, 90K puis à 125K (environ -148°C). matériaux à entrer dans l'état supraconducteur à des températures plus élevées.

En 2018, le matériau à base d'hydrure de lanthane produit par l'équipe de recherche allemande a atteint la supraconductivité à 1,7 million de fois la pression atmosphérique et à 250K (environ -23°C), ce qui est actuellement le matériau le plus proche de la supraconductivité à température ambiante.

Par rapport à d'autres matériaux supraconducteurs, la structure cristalline, la méthode de fabrication et les conditions supraconductrices du LK-99 sont toutes inhabituelles. Il mérite plus d'énergie de la part de la communauté scientifique pour le prouver. Une simple compréhension de ce phénomène physique intéressant suffit.

C'est juste un petit éclair qui est soudainement apparu pendant que l'homme forait du bois pour faire du feu. Il peut s'agir d'une flamme, ou il se peut que les yeux soient en transe après avoir foré trop longtemps. S'il vous plaît soyez attentif au plaidoyer de "la lévitation maglev aujourd'hui, la fusion nucléaire tokamak supraconductrice demain, et Orion après-demain". Ce que vous devez savoir, c'est que LK-99 n'a pas encore été mis sous tension.

*Cet article a été rédigé conjointement par Mo Chongyu, Chen Zejun et Huang Zhijian.

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