Une équipe de physiciens du laboratoire des conditions extrêmes du Nevada (NEXCL) de l’UNLV a utilisé une cellule à enclume en diamant, un dispositif de recherche similaire à celui illustré, dans leurs recherches pour réduire la pression nécessaire pour observer un matériau capable de supraconductivité à température ambiante. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation de NEXCL
Il y a moins de deux ans, le monde scientifique était stupéfait par la découverte d’un matériau capable de supraconductivité à température ambiante. Aujourd’hui, une équipe de physiciens de l’Université du Nevada à Las Vegas (UNLV) a encore une fois monté la barre en reproduisant l’exploit à la pression la plus basse jamais enregistrée.
Pour être clair, cela signifie que la science est plus proche que jamais d’un matériau utilisable et reproductible qui pourrait un jour révolutionner la façon dont l’énergie est transportée.
Les gros titres internationaux ont fait la une des journaux en 2020 pour la découverte de la supraconductivité à température ambiante pour la première fois par le physicien de l’UNLV Ashkan Salamat et son collègue Ranga Dias, physicien à l’Université de Rochester. Pour accomplir l’exploit, les scientifiques ont synthétisé chimiquement un mélange de carbone, de soufre et d’hydrogène d’abord dans un état métallique, puis plus loin dans un état supraconducteur à température ambiante en utilisant des conditions de pression extrêmement élevées (267 gigapascals) que vous ne trouveriez que dans la nature. proche du centre de la Terre.
Avance rapide de moins de deux ans, et les chercheurs sont maintenant en mesure de réaliser l’exploit à seulement 91 GPa, soit environ un tiers de la pression initialement signalée. Les nouvelles découvertes ont été publiées dans un article révolutionnaire dans la revue communications chimiques ce mois.
une super trouvaille
Grâce à un réglage détaillé de la composition de carbone, de soufre et d’hydrogène utilisée dans la percée initiale, les chercheurs peuvent désormais produire un matériau à une pression plus basse qui conserve son état supraconducteur.
“Ce sont des pressions à un niveau difficile à comprendre et à évaluer en dehors du laboratoire, mais nos antécédents actuels montrent qu’il est possible d’atteindre des températures supraconductrices relativement élevées à des pressions constamment plus basses, ce qui est notre objectif ultime”, a déclaré l’auteur principal de l’étude. Gregory Alexander Smith, étudiant diplômé en recherche au Nevada Extreme Conditions Laboratory (NEXCL) de l’UNLV. “En fin de compte, si nous voulons rendre les appareils utiles aux besoins de la société, nous devons réduire la pression nécessaire pour les créer.”
Bien que les pressions soient encore très élevées, environ mille fois plus élevées que ce que vous ressentiriez au fond de la fosse des Mariannes dans l’océan Pacifique, elles continuent de courir vers un objectif proche de zéro. C’est une carrière qui prend de l’ampleur de façon exponentielle à l’UNLV à mesure que les chercheurs acquièrent une meilleure compréhension de la relation chimique entre le carbone, le soufre et l’hydrogène qui composent le matériau.
“Notre connaissance de la relation entre le carbone et le soufre progresse rapidement, et nous trouvons des ratios qui conduisent à des réponses remarquablement différentes et plus efficaces que celles initialement observées”, a déclaré Salamat, qui dirige le NEXCL de l’UNLV et a contribué à la dernière étude. « L’observation de phénomènes aussi différents dans un système similaire montre la richesse de Mère Nature. Il y a tellement plus à comprendre, et chaque nouvelle avancée nous rapproche du précipice des dispositifs supraconducteurs de tous les jours. »
Le Saint Graal de l’efficacité énergétique
La supraconductivité est un phénomène remarquable observé pour la première fois il y a plus d’un siècle, mais seulement à des températures remarquablement basses qui ont annulé toute idée d’application pratique. Ce n’est que dans les années 1960 que les scientifiques ont émis l’hypothèse que l’exploit pourrait être possible à des températures plus élevées. La découverte par Salamat et ses collègues en 2020 d’un supraconducteur à température ambiante a enthousiasmé le monde scientifique en partie parce que la technologie prend en charge un flux électrique à résistance nulle, ce qui signifie que l’énergie traversant un circuit pourrait conduire à l’infini et sans perte de puissance. Cela pourrait avoir des implications majeures pour le stockage et la transmission de l’énergie, prenant en charge tout, de meilleures batteries de téléphones portables à un réseau électrique plus efficace.
“La crise énergétique mondiale ne montre aucun signe de ralentissement et les coûts augmentent en partie à cause d’un réseau électrique américain qui perd environ 30 milliards de dollars par an en raison de l’inefficacité de la technologie actuelle”, a déclaré Salamat. “Pour le changement social, nous devons mener avec la technologie, et le travail effectué aujourd’hui est, je crois, à la pointe des solutions de demain.”
Selon Salamat, les propriétés des supraconducteurs peuvent soutenir une nouvelle génération de matériaux qui pourraient fondamentalement changer l’infrastructure énergétique des États-Unis et au-delà.
“Imaginez exploiter l’électricité du Nevada et l’envoyer à travers le pays sans aucune perte d’énergie”, a-t-il déclaré. “Cette technologie pourrait un jour rendre cela possible.”
Référence : “La teneur en carbone entraîne une supraconductivité à haute température dans un hydrure carboné de soufre inférieur à 100 GPa” par G. Alexander Smith, Ines E. Collings, Elliot Snider, Dean Smith, Sylvain Petitgirard, Jesse S. Smith, Melanie White, Elyse Jones , Paul Ellison, Keith V. Lawler, Ranga P. Dias et Ashkan Salamat, 7 juillet 2022, communications chimiques.
DOI : 10.1039/D2CC03170A
Smith, l’auteur principal, est un ancien chercheur de premier cycle de l’UNLV au laboratoire Salamat et actuellement doctorant en chimie et recherche avec NEXCL. Parmi les autres auteurs de l’étude figurent Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White et Keith Lawler de l’UNLV ; Ranga Dias, Elliot Snider et Elyse Jones avec l’Université de Rochester ; Ines E. Collings avec les Laboratoires Fédéraux pour la Science et la Technologie des Matériaux, Sylvain Petitgirard avec l’ETH Zurich ; et Jesse S. Smith du Laboratoire national d’Argonne.