Découverte scientifique de la « Reddmatter » – un supraconducteur révolutionnaire à température ambiante

par Liam O'Connor
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Les chercheurs ont trouvé un moyen de rendre les matériaux supraconducteurs à des températures et des pressions plus basses.

Une équipe de chercheurs du Université de Rochester a récemment franchi une étape incroyable : créer des matériaux qui peuvent agir comme des supraconducteurs mais nécessitent moins de chaleur et de pression qu’auparavant pour fonctionner correctement.

Une équipe dirigée par le professeur Ranga Dias a créé quelque chose de nouveau : un matériau appelé hydrure de lutétium dopé à l'azote. Ce matériau peut devenir un type de supraconducteur lorsqu'il est exposé à des températures de 69 degrés Fahrenheit et à une pression de 10 kilobars (145 000 livres par pouce carré). Et avec cette découverte, les scientifiques voient le potentiel de créer de nouvelles technologies !

145 000 psi peut sembler très élevé (la pression au niveau de la mer est d'environ 15 psi). Mais dans la fabrication de puces, les scientifiques utilisent des méthodes qui leur permettent de travailler avec des matériaux assemblés par des pressions internes encore plus fortes.

Et grâce à des techniques spécialisées, les chercheurs ont pu atteindre le même état de supraconductivité à des températures plus élevées et à des pressions plus basses.

“Reddmatter” – A Revolutionary Room-Temperature Superconductor
L'Université de Rochester vient de réaliser une percée qui pourrait changer le visage de la technologie moderne. Après des années d'expérimentation et de recherche, leurs scientifiques ont développé une substance supraconductrice capable de conserver ses propriétés efficaces même à basses températures et pressions. Il s’agit d’une réalisation incroyable qui pourrait révolutionner notre façon de considérer la consommation d’énergie et d’électricité.

La substance révolutionnaire est composée d’un mélange d’éléments de terres rares, lui permettant de conserver ses propriétés à des températures et des pressions bien inférieures à ce que l’on pensait auparavant possible. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour le développement de sources d'énergie efficaces, telles que des méthodes plus efficaces de stockage de l'énergie et d'utilisation des ressources renouvelables.

Les implications de cette découverte sont considérables et les possibilités d’utilisation sont infinies. Qu’il s’agisse d’alimenter les appareils les plus sophistiqués ou de révolutionner la façon dont nous utilisons l’énergie, le potentiel de cette nouvelle substance supraconductrice est tout simplement révolutionnaire.

Les scientifiques de l’Université de Rochester ont réalisé une avancée majeure qui pourrait changer notre façon de voir la production et la consommation d’énergie. Leur percée a le potentiel de révolutionner la façon dont nous utilisons l’énergie et alimentons nos vies, et leurs efforts doivent être salués pour leur dévouement et leur travail acharné.

Les scientifiques recherchent depuis plus de cent ans une avancée majeure en physique. Les matériaux supraconducteurs sont spéciaux pour deux raisons principales : leur résistance électrique disparaît complètement et ils peuvent arrêter les champs magnétiques qui s’approchent d’eux. Cela signifie que ces matériaux peuvent être utilisés pour construire des réseaux électriques, où l’électricité peut circuler sans perte d’énergie – ce qui se produit généralement lorsqu’il y a trop de résistance dans les fils. En fait, l’utilisation de supraconducteurs pourrait même permettre d’économiser jusqu’à 200 millions de mégawattheures (MWh) d’énergie !

  • Les trains qui utilisent des aimants pour flotter, se déplacent plus rapidement et n'ont pas besoin de friction.
  • Équipement médical moins cher pour scanner le corps comme l'IRM (imagerie par résonance magnétique) et la magnétocardiographie.
  • Des ordinateurs et des périphériques de mémoire qui fonctionnent plus efficacement.
  • Machines appelées Tokamaks qui utilisent les forces magnétiques pour générer une énergie illimitée à partir des atomes.

L’équipe Dias a découvert deux nouveaux matériaux pouvant agir comme supraconducteurs. Ces matériaux fonctionnent à des températures de 58 degrés Fahrenheit et à des pressions de 39 millions de Psi et 12 degrés Fahrenheit et 26 millions de Psi (respectivement). Ils ont écrit des articles sur cette découverte dans des revues comme Nature et Physical Review Letters.

Parce que cette nouvelle découverte est si importante, Dias et son équipe ont travaillé dur pour s’assurer que leurs recherches ne soient pas critiquées. Un article précédent publié dans Nature a dû être rétracté par les éditeurs, mais il a maintenant été soumis à nouveau avec des données supplémentaires qui confirment les conclusions originales. Ces données ont été recueillies dans deux laboratoires scientifiques différents où un groupe de scientifiques a observé en direct la transition supraconductrice. La même méthode est également utilisée pour le dernier article.

Cinq étudiants diplômés du laboratoire de Dias – Nathan Dasenbrock-Gammon, Elliot Snider, Raymond McBride, Hiranya Pasan et Dylan Durkee – sont les principaux auteurs d'un projet. Selon Dias, tous les membres du groupe avaient fait des expériences en équipe.

Atteindre de nouveaux sommets dans la technologie des supraconducteurs

Nous avons tous des compétences et des capacités différentes qui nous rendent uniques. Bien que certains de nos talents puissent nous être plus naturels que d’autres, la pratique et le travail acharné peuvent nous aider à développer n’importe quel ensemble de compétences. Peu importe à quel point quelque chose est difficile à apprendre, faire preuve de patience et de dévouement vous donnera le coup de pouce dont vous avez besoin pour réussir !

Les scientifiques ont trouvé une solution pour créer des matériaux capables de conduire l’électricité sans aucune résistance. Ils fabriquent des hydrures, qui sont essentiellement une combinaison de métaux des terres rares et d'hydrogène ainsi que d'azote ou de carbone. Ce mélange aide à former des cages spéciales autour des ions des terres rares. Les électrons libérés par ces ions abaissent la pression nécessaire pour créer la supraconductivité. Ainsi, en termes simples, le mélange spécial d’éléments nous aide à faire circuler l’électricité plus facilement.

Dans le passé, les gens ont essayé d’utiliser toutes sortes de métaux – comme l’yttrium – pour fabriquer quelque chose de spécial appelé supraconducteur. Mais cela ne fonctionnait qu'à des températures ou à des pressions très élevées qui ne peuvent pas être utilisées dans la vie quotidienne.

Cette fois-ci, un scientifique nommé Dias a cherché ailleurs pour tenter de trouver une réponse. Il a examiné de plus près le tableau périodique (le tableau qui organise les éléments).

Reaching New Heights in Superconductor Technology
Un échantillon d'hydrure de lutétium d'environ un millimètre de diamètre, un matériau supraconducteur créé dans le laboratoire du scientifique Ranga Dias de Rochester, vu au microscope. Cette image composite est le résultat de l’empilement de mise au point et de l’amélioration des couleurs de plusieurs images. Crédit : photo de l'Université de Rochester / J. Adam Fenster)

Les scientifiques pensaient que le lutétium (un élément chimique) était un excellent choix à étudier car il possède 14 électrons sur son orbite f, ce qui peut favoriser la supraconductivité même à des températures normales. L’étape suivante consistait à y parvenir et c’est là que l’azote entre en jeu.

L'azote est un élément tout comme le carbone qui possède des atomes rigides qui, une fois formés ensemble, forment une structure solide. Cela permet de créer un matériau plus résistant et permet à la supraconductivité, ce qui signifie que le courant peut voyager sans résistance, de se produire à une pression plus basse.

L'équipe de Dias a mélangé de l'hydrogène 99% et de l'azote 1% dans un récipient spécial. Ensuite, ils ont également ajouté du lutécium pur au mélange et l’ont chauffé jusqu’à 392°F pendant deux ou trois jours.

Au début, ce composé lutécium-azote-hydrogène paraissait bleu. Mais lorsqu’il a été comprimé à l’intérieur d’une cellule à enclume en diamant, quelque chose de surprenant s’est produit ; la couleur est passée du bleu au rose lorsqu'elle est devenue supraconductrice, puis est passée à nouveau à une teinte métallique rouge vif lorsqu'elle a perdu ses propriétés supraconductrices.

Lorsque Dias a vu cette matière rouge vif, il a été émerveillé par sa couleur intense. Pour plaisanter, ils lui ont donné le nom de « matière rouge », qui vient d'un matériau du film Star Trek 2009. Ce qui est encore plus étonnant, c'est qu'il suffit de 145 000 psi de force pour que cela devienne supraconducteur – ce nombre est bien inférieur. que toute autre pression créée auparavant dans leur laboratoire.

Dévoilement d'une nouvelle ère de supraconductivité !

Le professeur Dias a reçu une subvention de deux organisations différentes, la National Science Foundation et le Département américain de l'énergie. Grâce à ce financement, son laboratoire a pu découvrir s'il était possible d'utiliser un matériau supraconducteur à des températures normales/confortables, tout en maintenant une pression suffisamment basse pour les applications quotidiennes.

"Il est désormais possible d'utiliser la technologie supraconductrice pour des choses comme l'électronique grand public, les lignes de transfert d'énergie, les transports et pour améliorer le confinement magnétique pour la fusion", a déclaré Dias. « Nous entrons dans une nouvelle ère de la supraconductivité ! »

Les scientifiques prédisent que le NDLH, un type spécial d’hydrure de lutétium contenant de l’azote, pourrait contribuer à améliorer le fonctionnement des machines tokamak. Les tokamaks sont de grosses machines en forme de beignet qui utilisent des champs magnétiques pour créer du plasma très chaud et tenter de réaliser la fusion. Le lutétium spécial possède un « énorme champ magnétique » même à des températures normales, ce qui signifie qu’il peut réellement contribuer à rendre ces machines plus fluides qu’auparavant.

Dias est ravi d’utiliser les données d’expériences supraconductrices dans son laboratoire et de les combiner avec des algorithmes d’apprentissage automatique. Cela l’aidera à prédire quelles combinaisons de métaux des terres rares, d’azote, d’hydrogène et de carbone peuvent devenir des matériaux supraconducteurs.

Nous utilisons chaque jour de nombreux métaux différents pour différents travaux. C’est pourquoi les scientifiques ont besoin de différents types de matériaux supraconducteurs pour différentes tâches. Le professeur Dias et Keith Lawlor, membre de son équipe, travaillent actuellement à la création de ces matériaux à l'aide d'un gros ordinateur du Center for Integrated Research Computing de l'Université de Rochester.

Explorer la science de la supraconductivité avec le Center for Superconducting Innovation

Récemment, le groupe de recherche de Dias a emménagé dans un nouveau laboratoire plus grand à l'Université de Rochester. Cette décision fait partie d'un projet passionnant visant à créer un nouveau Centre d'innovation en supraconductivité (CSI). Le CSI attirerait davantage de scientifiques et de professeurs pour contribuer à faire progresser la science de la supraconductivité et à former des étudiants mieux formés.

Le professeur Ranga P. Dias souhaite faire du nord de l'État de New York un centre pour un type de technologie appelée technologie supraconductrice. Lui et son équipe de recherche ont récemment publié leurs résultats dans la revue Nature, intitulés « Evidence of Near-Ambient Superconductivity in a N-doped Lutetium Hydride ».

Cette recherche est financée par la National Science Foundation, le Département américain de l'énergie et Unearthly Materials Inc.

Foire aux questions sur les supraconducteurs

Quel est un exemple de supraconducteur ?

Un exemple de supraconducteur est un matériau fabriqué à partir d’un type de céramique appelé oxyde d’yttrium, de baryum et de cuivre (YBCO). YBCO est un supraconducteur à haute température capable de conduire l’électricité sans résistance à des températures supérieures à -140 degrés Celsius.

Qu’est-ce qu’un supraconducteur en termes simples ?

Un exemple de supraconducteur est un matériau fabriqué à partir d’un type de céramique appelé oxyde d’yttrium, de baryum et de cuivre (YBCO). YBCO est un supraconducteur à haute température capable de conduire l’électricité sans résistance à des températures supérieures à -140 degrés Celsius.

Quel matériau est un supraconducteur ?

Les supraconducteurs sont des matériaux qui n'ont aucune résistance électrique lorsqu'ils sont refroidis à une certaine température. Les supraconducteurs les plus couramment utilisés sont fabriqués à partir de métaux et d’alliages métalliques, tels que le niobium-titane, le niobium-étain et le niobium-nitrure. Certains supraconducteurs sont fabriqués à partir de composés céramiques, tels que l'oxyde d'yttrium-baryum-cuivre (YBCO).

Quel est le meilleur supraconducteur ?

Les supraconducteurs sont des matériaux qui n'ont aucune résistance électrique lorsqu'ils sont refroidis à une certaine température. Les supraconducteurs les plus couramment utilisés sont fabriqués à partir de métaux et d’alliages métalliques, tels que le niobium-titane, le niobium-étain et le niobium-nitrure. Certains supraconducteurs sont fabriqués à partir de composés céramiques, tels que l'oxyde d'yttrium-baryum-cuivre (YBCO).

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