Demandez à Ethan : Est-ce que LK

Nos vies, à l’ère moderne, sont dominées par les technologies de l’électronique et de l’énergie électrique. Notre besoin mondial de grandes quantités d’énergie continue souligne la nécessité d’une efficacité accrue à tous les niveaux : de la production d’énergie à la consommation en passant par le transport. À chaque étape de ce processus, la perte d’énergie constitue un problème, car le simple fait de pousser des électrons à travers un fil porteur de courant entraîne une perte d’énergie, en raison du phénomène électrique de résistance. Il n'existe qu'une seule circonstance physique dans laquelle le courant peut être transmis sans résistance : lorsque votre matériau est supraconducteur. Les supraconducteurs ont aujourd’hui une grande variété d’applications, des machines d’IRM aux accélérateurs de particules en passant par les dispositifs de fusion magnétique et bien d’autres encore.

Cependant, à l’heure actuelle, les seuls matériaux supraconducteurs connus le font dans des conditions extrêmes : des températures très basses. Le « Saint Graal » de la recherche sur la supraconductivité est de trouver un matériau qui serait supraconducteur dans des conditions normales : à température et pression ambiantes. Si nous parvenions à en découvrir un et à le mettre en œuvre à grande échelle, nous pourrions éliminer tous les problèmes de perte d'énergie et de chaleur parasite : des problèmes avec lesquels chaque consommateur et fabricant d'appareils doit aujourd'hui prendre en compte. Fin juillet 2023, une affirmation selon laquelle un nouveau matériau – connu sous le nom de LK-99 – est en fait ce supraconducteur à température ambiante tant recherché. Mais est-ce réel ? Beaucoup d'entre vous m'ont écrit à ce sujet, notamment Rob Chapman-Smith et Clint Sears, qui m'ont demandé :

"Où en sommes-nous actuellement en termes de ce à quoi cela ressemble, car cela a été des montagnes russes en temps réel d'espoir et d'échec… [S]cientifiquement parlant, comment allez-vous reproduire cela, comment saurons-nous que la réplication est correcte, comment pourrions-nous savoir que c'est incorrect ? »

Chaque fois qu'une affirmation est formulée selon laquelle, si elle était vraie, elle changerait le monde, il est essentiel de comprendre non seulement ce que nous savons actuellement, mais aussi ce que nous aurons besoin de savoir pour déterminer précisément ce qui est vrai et ce qui ne l'est pas. Plongeons dans la science et découvrons-le !

Qu'est-ce qu'un supraconducteur ?

Chaque matériau, lorsque vous essayez de faire passer un courant électrique à travers lui (c'est-à-dire lorsque vous essayez de faire bouger des électrons à l'intérieur), présente une certaine forme de résistance. En effet, chaque matériau possède naturellement une propriété appelée résistivité : la résistivité de votre matériau multipliée par sa longueur et divisée par sa section transversale est égale à ce que nous appelons conventionnellement la résistance. (Pour ceux d'entre vous qui ont appris la loi d'Ohm, V = IR, V est la tension, I est le courant et R est la résistance.) Si vous construisez un fil plus court et plus épais, la résistance diminue ; si vous construisez un fil plus long et plus fin, la résistance augmente.

Mais la résistivité, dans la plupart des cas, n'est pas une propriété absolue d'un tel matériau, mais dépend plutôt de la température de ce matériau. À des températures plus élevées, les molécules, les atomes et même les particules subatomiques au sein des atomes se déplacent plus rapidement, et la résistivité augmente à mesure que la température augmente. Cependant, l’inverse est également vrai : à des températures plus basses, les particules internes se déplacent plus lentement, ont moins d’énergie par particule et interagissent moins en général, et la résistivité chute.

Pour la plupart des matériaux, c'est la fin de l'histoire : vous devez atteindre le zéro absolu – un état physiquement inaccessible – pour obtenir une résistivité nulle, et donc une résistance nulle, quelles que soient les autres propriétés de votre matériau. Mais pour certains matériaux, il existe un seuil critique auquel vous pouvez les refroidir ou en dessous, et lorsque vous atteignez ce seuil, la résistivité et la résistance chutent d'un seul coup à zéro. Ces matériaux sont des supraconducteurs, et cet état de résistivité et de résistance nulles est un état supraconducteur.

D’un point de vue physique, qu’est-ce qui rend un supraconducteur spécial ?

Plutôt que d'explorer le terrier de ce que vous pouvez accomplir et créer lorsque vous disposez d'un supraconducteur - car la plupart de ces possibilités sont encore inconnues - je préfère vous aider à comprendre ce qui permet à un matériau d'être supraconducteur d'un point de vue physique. Dans des circonstances normales, même à l’intérieur d’un conducteur, le simple fait que des charges électriques le traversent empêche un matériau d’atteindre un état supraconducteur.