Diamond Anvil Cell

Saint Graal de l’efficacité énergétique : les physiciens progressent dans la course à la supraconductivité à température ambiante

Une équipe de physiciens du Nevada Extreme Conditions Lab (NEXCL) de l’UNLV a utilisé une cellule à enclume en diamant, un dispositif de recherche similaire à celui illustré, dans leurs recherches pour abaisser 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 a été choqué par la découverte d’un matériau capable de supraconductivité à température ambiante. Maintenant, une équipe de physiciens de l’Université du Nevada à Las Vegas (UNLV) a encore une fois fait monter les enchères 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 été en 2020 par 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, un physicien de l’Université de Rochester. Pour réaliser l’exploit, les scientifiques ont synthétisé chimiquement un mélange de carbone, de soufre et d’hydrogène d’abord dans un état métallique, puis encore plus loin dans un état supraconducteur à température ambiante en utilisant une pression extrêmement élevée – 267 gigapascals – des conditions que vous ne trouveriez que dans nature près du centre de la Terre.

Moins de deux ans plus tard, 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 préliminaire dans la revue Communications chimiques ce mois-ci.

Une super découverte

Grâce à un réglage détaillé de la composition du carbone, du soufre et de l’hydrogène utilisés dans la percée initiale, les chercheurs sont désormais en mesure de produire un matériau à une pression plus basse qui conserve son état de supraconductivité.

“Ce sont des pressions à un niveau difficile à comprendre et à évaluer en dehors du laboratoire, mais notre trajectoire actuelle montre 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, un étudiant chercheur diplômé du 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 celles que vous ressentiriez au fond de la fosse des Mariannes de l’océan Pacifique – elles continuent de se précipiter vers un objectif proche de zéro. C’est une course 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 ce qui a été initialement observé”, a déclaré Salamat, qui dirige le NEXCL de l’UNLV et a contribué au dernier étude. « Observer des phénomènes aussi différents dans un système similaire montre bien 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 devancé 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 en 2020 par Salamat et ses collègues d’un supraconducteur à température ambiante a enthousiasmé le monde scientifique en partie parce que la technologie prend en charge le flux électrique avec une résistance nulle, ce qui signifie que l’énergie traversant un circuit pourrait être conduite 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 énergétique plus efficace.

“La crise énergétique mondiale ne montre aucun signe de ralentissement et les coûts augmentent en partie à cause d’un réseau énergétique 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 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 peuvent soutenir une nouvelle génération de matériaux qui pourraient changer fondamentalement l’infrastructure énergétique des 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 un jour rendre cela possible.”

Référence : “La teneur en carbone entraîne une supraconductivité à haute température dans un hydrure de soufre carboné 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 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 Snider et Elyse Jones avec l’Université de Rochester ; Ines E. Collings du Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de technologie, Sylvain Petitgirard de l’ETH Zurich ; et Jesse S. Smith du Laboratoire national d’Argonne.



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