Les humains ont-ils atteint la supraconductivité à température ambiante à 21°C ?
Le cercle de la physique est complètement explosé ! Hier après-midi, heure de Pékin, un tonnerre a explosé lors de la conférence de physique tenue à Las Vegas, aux États-Unis : la supraconductivité à haute température était soupçonnée de réaliser une percée perturbatrice.
Lors de la conférence, le physicien Ranga Dias de l'Université de Rochester a rapporté cette avancée historique dans la recherche sur la supraconductivité à température ambiante.
Si Ranga Dias atteint réellement la supraconductivité à température ambiante cette fois-ci, alors le problème mondial de la consommation d'énergie sera résolu à la source - les humains utiliseront l'énergie électrique pour obtenir une puissance énorme.
Si nous pouvons maîtriser la fusion nucléaire contrôlable à partir de la base, nous pouvons même effectuer des voyages spatiaux sur de longues distances. On peut dire que l'humanité décollera vraiment.
Et ceux qui maîtrisent cette technologie dirigeront sans aucun doute le monde. (C'est comme si la science-fiction devenait réalité.)
À cet égard, James Hamlin, physicien à l'Université de Floride, a déclaré que si les résultats sont corrects, cela pourrait être la percée la plus importante et la plus choquante de l'histoire de supraconductivité.
Ce jour-là, des scientifiques se sont précipités follement dans la salle, dans l'espoir d'être témoins de l'histoire de leurs propres yeux. En raison du grand nombre de célébrités de la physique, les organisateurs ont dû faire appel à la sécurité pour bloquer la porte et chasser la foule.
Cependant, ce Ranga Dias a une « sombre histoire ». Il y a un an, son article sur la supraconductivité à température ambiante C-S-H publié dans Nature a été rétracté, et il fait désormais son grand retour avec la supraconductivité à température ambiante N-Lu-H.
Donc, jusqu'à ce que les résultats expérimentaux puissent être reproduits avec succès, le tout reste plein de doutes.
Adresse papier : https://www.nature.com/articles/s41586-023-05742-0
Pourquoi la supraconductivité à température ambiante est-elle si importante qu'elle choque les physiciens du monde entier ?
Le supraconducteur, comme son nom l'indique, est un corps qui peut très bien conduire l'électricité, c'est-à-dire qu'il n'a aucune résistance. Cela permet au courant d'être transféré sans générer de chaleur et aucune tension n'est requise à chaque extrémité du fil.
Si les supraconducteurs peuvent être commercialisés, le courant alternatif ne sera plus du tout nécessaire et les sous-stations pourront également se retirer de la scène de l'histoire.
Le courant traversant un supraconducteur est très important, ce qui peut produire un champ magnétique puissant. Il a de grandes applications dans la résonance magnétique nucléaire, la lévitation magnétique et d'autres domaines. Même la fusion nucléaire contrôlable ne nécessite pas de supraconducteur à l'azote liquide.
Si cela se réalise vraiment, le monde de la physique et de la science des matériaux inaugurera un grand tremblement de terre. (De ChatGPT à la fin de l'année dernière à la supraconductivité à température ambiante au début de cette année, l'année explosive des sciences et technologies humaines est-elle vraiment arrivée ?)
Professeur Zhu Jingwu, le principal professeur -supraconducteur de température, également apparu sur place
Qu'est-ce que la supraconductivité ?
K. Onnes et d'autres de l'Université de Leiden aux Pays-Bas ont découvert pour la première fois en 1911 que la résistance du mercure devient 0 lorsque la température descend en dessous de -269°C. Ils ont nommé cet état « supraconductivité ».
Il s’agit de la première découverte mondiale de la supraconductivité, pour laquelle Onnes a remporté le prix Nobel de physique en 1913.
Au cours de plus de cent ans de recherche, les scientifiques ont découvert des milliers de matériaux supraconducteurs, notamment divers matériaux élémentaires, des matériaux en alliage, des matériaux composés et des céramiques supraconductrices.
Bien que les matériaux supraconducteurs actuels aient été largement utilisés dans des domaines tels que le quantique et l'IRM, ils doivent être refroidis à des températures ultra-basses pour atteindre des états supraconducteurs.
En d’autres termes, dans les applications pratiques, nous devons toujours compter sur des liquides cryogéniques coûteux pour maintenir un environnement à basse température. Il s’ensuit que le coût du maintien de basses températures dépasse de loin le coût du matériau supraconducteur.
Par conséquent, la supraconductivité à température ambiante, atteignant une conduction à résistance nulle sans refroidissement, est devenue l'objectif poursuivi par les physiciens, rafraîchissant constamment la limite de la température critique la plus élevée.
Dans cette dernière recherche, Ranga Dias et son équipe ont développé expérimentalement un matériau LNH composé d'hydrogène (99%), d'azote (1%) et de lutétium pur.
Les scientifiques ont placé ce matériau dans un environnement de 392k pour réagir pendant 3 jours. Le composé ternaire composé d’hydrogène, d’azote et de lutétium commence par une couleur bleue brillante.
Ce composé a été comprimé dans le réservoir de l'enclume en diamant. Lorsque la pression a atteint 3 kbar, un changement étonnant s'est produit "la supraconductivité a commencé à passer du bleu au rose".
Finalement, il est redevenu rouge vif à environ 30 kbar de pression et la résistance est tombée à zéro.
Ranga Dias a également donné à ce matériel découvert de manière choquante un nom de code "reddmatter". Le nom a été inspiré par le nom d'un matériau créé par Spock dans Star Trek.
Des expériences ont montré que ce matériau perdait toute résistance au courant électrique et entrait dans un état supraconducteur à une température d'environ 21 degrés Celsius et une pression de 1 GPa.
1GPa équivaut à environ 10 000 fois la pression atmosphérique (la pression atmosphérique standard est d'environ 101,325 kPa), mais comparée aux millions d'atmosphères requises pour les supraconducteurs à température ambiante, c'est bien inférieur aux attentes.
Alors comment prouver que ce composé ternaire atteint les conditions de supraconducteur ?
L'article mentionne qu'un critère clé pour juger les matériaux supraconducteurs est l'effet Meissner, qui est un diamagnétisme complet.
Un diamagnétisme complet peut être obtenu car la surface du supraconducteur peut générer un courant supraconducteur diamagnétique sans perte. Le champ magnétique généré par ce courant annule le champ magnétique à l'intérieur du supraconducteur.
La dépendance en température du moment magnétique et de la courbe MH à différentes températures a été mesurée à l'aide de la méthode du magnétomètre à échantillon vibrant (VSM) sur le système de mesure des propriétés physiques (PPMS) Quantum Design.
La figure 3a montre l'effet de la température sur la susceptibilité magnétique CC dans des conditions de refroidissement par champ nul (ZFC) et de refroidissement par champ (FC). (χ = M/H, où M est l'aimantation et H le champ magnétique) L'existence de la phase supraconductrice a ensuite été confirmée en mesurant l'effet Meissner de refroidissement dans un champ magnétique. Le net début de l'effet Meissner est observé à 277K autour de 8 kbar. Les données de la courbe MH ont été enregistrées à l'aide de PPMS avec l'option VSM.
Susceptibilité magnétique
Un autre critère est l'effet de résistance nul.
fait référence au phénomène selon lequel il est conducteur ou semi-conducteur ou même isolant à température ambiante, mais lorsque la température descend jusqu'à une certaine valeur Tc, sa résistance DC tombe soudainement à zéro.
Dans l'expérience, la résistance dépendant de la température du composé hydrogène-azote-lutétium sous haute pression a montré que la transition supraconductrice atteignait 294K à 10 ± 0,1 kbar, ce qui est la température de transition la plus élevée mesurée dans toutes les expériences. .
La nature dit que si le composé ternaire hydrogène-azote-lutétium atteint effectivement une supraconductivité à température ambiante, son rôle dans l'obtention d'une température de transition aussi élevée reste à déterminer.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour confirmer que le matériau étudié par Ranga Dias et son équipe est un supraconducteur à haute température, puis pour comprendre si cet état est piloté par des paires de Cooper induites par des vibrations ou par un mécanisme non conventionnel qui a encore à découvrir.
Algorithme d'apprentissage automatique pour prédire de nouveaux matériaux
Il convient de noter que cette expérience a également utilisé des algorithmes d'apprentissage automatique pour prédire de nouveaux matériaux supraconducteurs.
À l'aide des données expérimentales supraconductrices accumulées en laboratoire, l'équipe a formé un algorithme pour prédire d'autres matériaux supraconducteurs possibles.
Ces matériaux sont en fait mélangés et assortis à partir de milliers de combinaisons possibles de métaux des terres rares, d'azote, d'hydrogène et de carbone.
"Dans la vie quotidienne, différents métaux sont utilisés pour différentes applications, nous avons donc également besoin de différents types de matériaux supraconducteurs", a déclaré Dias. "Tout comme nous utilisons différents métaux pour différentes applications, nous avons besoin de plus de supraconducteurs ambiants pour répondre à différentes applications."
On dit que l'algorithme a été développé par le co-auteur Keith Lawlor, en utilisant les ressources Roches Supercomputing fournies par Comprehensive Research. Centre informatique de l'université spéciale.
Plus précisément, les étapes générales sont que les physiciens utilisent la fonction spectrale d'Eliashberg qui est plus facile à calculer pour entraîner le réseau neuronal. Après l'entraînement, le réseau neuronal est utilisé pour générer davantage de spectres d'Eliashberg d'hydrures ternaires qui sont plus difficiles à calculer. calculer la fonction. Ensuite, vous pouvez calculer la Tc de divers hydrures ternaires, puis essayer simplement quelques hydrures ternaires avec la Tc la plus élevée.
Certains internautes ont conclu : "Maintenant, nous savons que le héros derrière la grande nouvelle d'aujourd'hui est le ML/AI Et même cette expérience n'était pas rigoureuse." On raconte qu'un grand patron a posé des questions lors de la réunion et a confronté Dias sur place.
Certains internautes aux yeux perçants ont souligné qu'il y avait des problèmes présumés avec la pratique consistant à découper l'arrière-plan dans le PPT (image de gauche) et les données de susceptibilité magnétique DC (image de droite).
Adresse de l'article : https://www.nature.com/articles/d41586-023-00599-9
Adresse de l'article : https://www. science.org/content/article/revolutionary-blue- crystal-resurrects-hope-room-temperature-superconductivity
James Hamlin, physicien à l'Université de Floride, a déclaré : « Je pense qu'ils doivent vraiment faire leur travail public, tout le monde pourrait le croire. Cependant, ce souhait de la communauté universitaire est sur le point de se réaliser :
Dias a non seulement créé une start-up Unearthly Materials, mais a également déposé une demande de brevet sur l'hydrure de lutétium.
Avec cette vague d'opérations, il a non seulement levé plus de 20 millions de dollars américains de financement auprès d'investisseurs dont Spotify et OpenAI, mais il n'a pas non plus eu à s'inquiéter que d'autres viennent demander des « échantillons ».
En réponse, Dias a déclaré : "Nous avons des instructions claires et détaillées sur la façon de réaliser les échantillons. Compte tenu de la nature exclusive du processus et des droits de propriété intellectuelle existants, nous n'avons pas l'intention de partager ce matériel, y compris bien sûr les Méthodes et processus. "
Une signification révolutionnaire pour l'humanité
Depuis plus d'un siècle, les scientifiques poursuivent des percées dans la physique de la matière condensée.Les matériaux supraconducteurs s'appuient sur deux propriétés clés : le « phénomène de résistance zéro » et l'« effet Meissner » (diamagnétisme complet), qui favorisent grandement le progrès de la science et de la technologie, telles que :
Fusion nucléaire contrôlable
Power Delivery
Transport
Imagerie médicale
Appareils électroniques plus rapides et plus efficaces pour la logique numérique et la technologie des dispositifs de mémoire.
Imaginez que votre ordinateur n'a pas de résistances, n'a plus besoin de dissipation thermique et que l'ordinateur peut être plus fin et plus léger. De plus, grâce à des circuits intégrés utilisant des transistors supraconducteurs, la vitesse des ordinateurs peut être directement augmentée de dizaines ou de centaines de fois.
L'efficacité de la consommation d'électricité sera plus élevée, la consommation d'électricité à la maison chutera, les ampoules seront plus lumineuses, les voitures électriques fonctionneront plus vite, l'utilisation d'appareils électriques deviendra plus pratique et des composants électriques plus fins pourront être utilisé dans nos vies.
Source : phys.org
En 2013, deux célèbres experts en informatique quantique, de l'Université de Yale les professeurs Devoret et Sch oelkopf ont écrit Cette perspective fournit une feuille de route pour le développement de l'informatique quantique universelle, et l'informatique quantique supraconductrice actuelle en est déjà à la troisième ou à la quatrième étape de son développement.
L'équipe de recherche du MIT a montré que la « loi de Moore » du temps de décohérence des qubits supraconducteurs est passée de moins de 3 nanosecondes pour le premier qubit au niveau actuel de 300 microsecondes. En moins de vingt ans, elle s’est améliorée de cinq ordres de grandeur, ce qui montre le développement rapide de ce domaine.
Et plusieurs entreprises technologiques bien connues, dont Google, IBM, Intel, etc., ont participé à la recherche et au développement de l'informatique quantique, et elles ont toutes choisi des solutions supraconductrices.
Si la supraconductivité à température ambiante est réalisable, les applications sur les ordinateurs quantiques, notamment la simulation quantique, l'optimisation, l'échantillonnage, l'intelligence artificielle quantique, etc., commenceront sûrement à changer notre production et notre mode de vie dans un avenir proche.
Dès que cet incident est sorti, il y a eu beaucoup de doutes. C'est aussi parce que tout le monde dans le cercle sait que Dias est un "vieux". " Star académique avec beaucoup de casier judiciaire. .
En 2014, l'hydrogène métallique qu'il a développé a été très apprécié. Cependant, lorsque les gens ont voulu vérifier les résultats expérimentaux, Dias a affirmé que le diamant utilisé pour conserver l'hydrogène métallique était cassé, il n'y avait donc aucune preuve.
Dans le domaine de la supraconductivité à température ambiante, Dias a fait la une des journaux il y a deux ans.
Le 14 octobre 2020, l'équipe Dias a publié un article dans Nature et est apparu en couverture, affirmant qu'un nouveau matériau composé de carbone, de soufre et d'hydrogène peut atteindre une supraconductivité à température ambiante, ce qui a instantanément provoqué sensation d’inquiétude mondiale.
Cependant, après la publication du journal, la controverse a continué. Même les partenaires du laboratoire de Dias ont été incapables de reproduire ses résultats expérimentaux (ils ont échoué six fois).
La controverse tourne principalement autour des données de mesure de la susceptibilité magnétique dans l'article - la courbe après traitement du bruit est trop lisse et parfaite, et l'équipe Dias a rapporté que les données originales ont été mesurées après suppression du bruit, mais ces données ont été pas annoncé.
En réponse aux doutes, Dias et al. ont publié les données originales de susceptibilité magnétique sur arXiv en 2021 et ont expliqué leur méthode d'élimination des signaux de bruit.
Cependant, les critiques ne l'achètent toujours pas. Brad Ramshaw, physicien des matériaux quantiques à l'Université Cornell, estime que « cet article expose plus de nouveaux problèmes qu'il ne tente de résoudre, qu'il s'agisse des données originales ou de la méthode à partir de laquelle le Les données ont été obtenues. Le processus est très opaque. "
Jorge Hirsch, physicien théoricien à l'Université de Californie à San Diego, a même farouchement accusé Dias de fraude. Il a non seulement publié des critiques sur arXiv, mais s'est également plaint directement auprès de lui. l'Université de Rochester.
En tant que leader avec plus de 35 000 citations et un indice H de 67, les doutes de Hirsch sont fondés. Il a constaté que les données dans certaines zones de l'article de Dias étaient très discontinues et que la pente de la courbe était opposée à la direction du changement. Ce type d'erreur régulière n'était pas normal.
Hirsch a donc différencié les données, ce qui équivaut à éliminer les "impuretés", mais a obtenu une courbe lisse et dérivable, ce qui signifie qu'il n'y a pas de caractéristique supraconductrice à T=170K.
Il a également souligné que les données contenues dans l’article de Dias sont similaires aux études précédentes, et que les auteurs de ces données avaient déjà admis qu’il y avait des problèmes.
Dias a répondu que Hirsch n'est pas un physicien des hautes tensions et que ses critiques sont fortement biaisées.
En fait, Hirsch a apporté de grandes contributions à la recherche quantique à N corps. Il a perfectionné l'algorithme de Monte Carlo des déterminants des fermions et a étudié diverses expériences supraconductrices à haute tension et la théorie BCS au cours des dernières années.
Hirsch a déclaré sans ambages qu'il y avait des « failles » dans la théorie supraconductrice BCS, et un grand nombre de chercheurs ont inondé le domaine
Hirsch a ensuite publié plusieurs articles critiquant Dias, qui ont été supprimés. , et arXiv les a même interdits pendant 6 mois. Est-ce que cela signifie une victoire pour Dias ?
L'article interrogatif de Hirsch a été supprimé par Physica C
Ce n'est pas le cas !
En 2022, les doutes ont atteint leur paroxysme avec la rétractation du journal. Le 26 septembre, les éditeurs de Nature ont forcé le retrait de l'article de couverture malgré l'opposition collective des auteurs.
Le jour où l'article a été retiré, la rubrique Science News a rendu compte de l'incident, affirmant que l'étude avait de "sérieux problèmes".
La raison invoquée dans l'avis de rétractation répondait aux doutes antérieurs, affirmant que l'équipe Dias "avait utilisé une procédure personnalisée non standard" pour supprimer le bruit des données expérimentales présentées dans les deux figures. et cette méthode ne donne pas une explication claire et fiable.
Les critiques sont heureux de voir le résultat de la rétractation. Hirsch estime même que cela n'est pas suffisant. Le véritable problème de la fraude académique n'a pas été résolu.
L'équipe Dias n'est évidemment pas convaincue, Ashkan Salamat, physicien à l'Université du Nevada à Dallas, a exprimé sa confusion et sa déception face à la décision de Nature, car les résultats de la diminution de la résistance dans l'étude n'étaient pas au rendez-vous. au centre du débat, et c’est précisément la partie la plus importante de toute découverte dans le domaine de la supraconductivité.
Le mois dernier, ils ont également publié un nouvel article sur arXiv, ré-mesuré diverses données remises en question. Cependant, les conditions de température et de pression pour l’émergence de la supraconductivité sont cette fois de 133 Gpa et 260 K, ce qui est différent des 267 Gpa et 288 K mentionnés dans les études précédentes.
Fait intéressant, cette réunion de mars de l'APS a organisé Jorge Hirsch et Ranga P. Dias dans le même lieu, faisant un reportage sur les jambes avant et arrière, et l'image de Hirsch portant un Le bandage était tout à fait Il y a un élan non seulement pour faire la distinction entre supérieur et inférieur, mais aussi pour décider entre la vie et la mort.
Cependant, si les résultats expérimentaux sont vrais, ce sera certainement la plus grande avancée scientifique mondiale cette année, et Dias peut également réserver le prix Nobel à l'avance.
Et le modèle énergétique humain changera également pour toujours.
En 1900, le physicien britannique Baron Kelvin a déclaré que l'édifice de la physique était achevé et qu'il ne restait plus qu'un travail cosmétique. Le premier nuage sombre est la théorie ondulatoire de la lumière, et le deuxième nuage sombre est la théorie de Maxwell-Boltzmann sur l’égalisation de l’énergie.
Il y a aussi un dicton selon lequel celui qui pourra développer une supraconductivité à température ambiante sera la troisième personne en physique après Newton et Einstein.
Dias enlèvera-t-il cette couronne et résoudra-t-il le troisième nuage noir de la physique ? Attendons de voir ce qui se passera ensuite.
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