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Les physiciens progressent dans la course à la supraconductivité à température ambiante

Une équipe de physiciens du Nevada Extreme Laboratory (NEXCL) de l’UNLV a utilisé une cellule à enclume Massey, un dispositif de recherche similaire à celui illustré, dans leurs recherches pour abaisser la pression nécessaire pour surveiller un matériau capable de supraconducteur à température ambiante. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation de NEXCL

Il y a moins de deux ans, le monde scientifique était choqué par la découverte d’un matériau capable de supraconducteur à température ambiante. Aujourd’hui, une équipe de physiciens de l’Université du Nevada à Las Vegas (UNLV) a encore une fois fait monter les enchères en reproduisant cet 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.

Il a défrayé la chronique internationale en 2020 en découvrant Supraconductivité à température ambiante pour la première fois Écrit par le physicien UNLV Ashkan Salamat et son collègue Ranga Dias, physicien à l’Université de Rochester. Pour réaliser cet exploit, les scientifiques ont d’abord transformé un mélange chimique de carbone, de soufre et d’hydrogène en un état métallique, puis en un état supraconducteur à température ambiante en utilisant une pression extrêmement élevée – 267 gigapascals – des conditions que l’on ne trouve que dans la nature près du centre de La terre.

Avançant à une vitesse de moins de deux ans, les chercheurs sont désormais en mesure de réaliser l’exploit à seulement 91 gigapascals, soit environ un tiers de la pression initialement signalée. Les nouvelles découvertes ont été publiées dans un article préliminaire dans la revue communication chimique ce mois.

Super découverte

En ajustant en détail la composition de carbone, de soufre et d’hydrogène utilisée dans la percée originale, les chercheurs sont maintenant en mesure de produire un matériau sous basse pression qui maintient son état de supraconductivité.

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« Ce sont des pressions à un niveau difficile à comprendre et à évaluer en dehors du laboratoire, mais notre cours actuel montre qu’il est possible d’atteindre des températures de conduction élevées relativement élevées à des pressions constamment basses – et c’est notre objectif ultime », a déclaré le responsable de l’étude. l’auteur Gregory Alexander Smith. Étudiant de troisième cycle chercheur à l’UNLV Laboratoire des conditions extrêmes au Nevada (Nexel). « 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 pourriez ressentir au fond de la fosse des Mariannes dans l’océan Pacifique – elles continuent de se précipiter vers un objectif proche de zéro. C’est une course torride à l’UNLV alors 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 significativement différentes et plus efficaces que celles initialement observées », a déclaré Salamat, qui dirige NEXCL à l’UNLV et a contribué à la dernière étude. « Observer des phénomènes aussi différents dans un système similaire ne fait que montrer la richesse de Mère Nature. Il y a tellement de choses à comprendre, et chaque nouvelle avancée nous rapproche du bord des dispositifs supraconducteurs de tous les jours. »

Le Saint Graal de l’efficacité énergétique

La supraconductivité est un phénomène fascinant observé pour la première fois il y a plus d’un siècle, mais ce n’est qu’à des températures nettement inférieures que toute idée d’application pratique a été exclue. Ce n’est que dans les années 1960 que les scientifiques ont émis l’hypothèse que cet exploit pourrait être possible à des températures encore plus élevées. La découverte en 2020 par Salamat et ses collègues d’un supraconducteur à température ambiante a enthousiasmé le monde de la science en partie parce que la technologie prend en charge le flux électrique sans résistance, ce qui signifie que la puissance traversant un circuit électrique peut être conduite à l’infini et sans perte d’énergie. 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.

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« La crise mondiale de l’énergie ne montre aucun signe de ralentissement, et les coûts augmentent en partie à cause du fait que le réseau électrique américain perd près de 30 milliards de dollars par an en raison de l’inefficacité de la technologie actuelle », a déclaré Salamat. « Pour le changement sociétal, nous devons être à la pointe de la technologie, et le travail qui se fait aujourd’hui est, je crois, à la pointe des solutions de demain. »

Selon Salamat, les propriétés des supraconducteurs pourraient sous-tendre une nouvelle génération de matériaux susceptibles de modifier fondamentalement l’infrastructure énergétique aux États-Unis et au-delà.

« Imaginez exploiter l’énergie au Nevada et l’envoyer à travers le pays sans aucune perte d’énergie », a-t-il déclaré. « Cette technologie pourrait rendre cela possible un jour. »

Référence : « La teneur en carbone augmente la supraconductivité à haute température dans l’hydrure de carbone-soufre en dessous de 100 GPa » par J. Alexander Smith, Innes E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Pettigerard et Jesse S. Ellison, Keith F. Lawler, Ranja B. Dias et Ashkan Salamat, 7 juillet 2022, disponible ici. communication chimique.
DOI : 10.1039 / D2CC03170A

Smith, auteur principal, est un ancien chercheur de l’UNLV dans le laboratoire de Salamat et un doctorant actuel 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 Snyder et Elise Jones de l’Université de Rochester ; Ines E. Collings des Laboratoires fédéraux de science et technologie des matériaux, Sylvain Pettigerard de l’ETH Zurich ; et Jesse S. Smith du Laboratoire national d’Argonne.

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