LK-99
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| LK-99 | |
| Image illustrative de l’article LK-99 | |
| LK-99.png | |
| Identification | |
|---|---|
| SMILES | |
| InChI | |
| Propriétés chimiques | |
| Formule | CuO25P6Pb9 |
| Masse molaire[1] | 2 514,2 ± 0,9 g/mol Cu 2,53 %, O 15,91 %, P 7,39 %, Pb 74,18 %, |
| Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire. | |
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Le LK-99®, de formule Pb9Cu(PO4)6O, est le nom commercial (déposé[2]) du potentiel premier matériau supraconducteur à température et pression ambiante (jusqu'à 127°C)[3]. Le LK-99 permettrait de conduire le courant sans perte jusqu'à quelques mA avant de perdre sa supraconductivité.
Le LK-99 est issu d'une forme d'apatite à base de plomb Pb10(PO4)6O, elle-même issue de la lanarkite Pb2(SO4)O, dont certains atomes de plomb sont substitués par des atomes de cuivre. Une des hypothèses est que la substitution par des ions cuivre fait perdre du volume au produit final, ce qui génère un stress dans le matériau. C'est ce stress qui se substituerait aux pressions extrêmes normalement exigées pour atteindre des états de supraconductivité à des très hautes températures.
Pour être plus précis, la substitution n'est pas totale, mais les effets supraconducteurs sont établis dans la fourchette 0,9<x<1 pour la formule Pb10-xCux(PO4)6O
Aspect et propriétés
Solide grisâtre qui peut léviter sur un aimant à température ambiante. Courant max en fonction de la température (la section de l'échantillon utilisée n'est pas précisée):
| T | Imax |
|---|---|
| 25°C | 250mA |
| 45°C | 170mA |
| 65°C | 100mA |
| 85°C | 75mA |
| 105°C | 10mA |
Il est à noter que l'échantillon reste impur et le procédé d'obtention optimisable, ce qui rend ces valeurs temporaires et améliorables.
Histoire
Le 22 juillet 2023, après plus de 20 ans de recherche, une équipe du Centre des Nanosciences Quantiques de Séoul dirigée par Sukbae Lee a déposé dans la base ArXiv un article intitulé "Le premier supraconducteur à température ambiante". C'est la première mention du LK-99. Dans la foulée, un second article sur sa caractérisation a été également publié[4].
Nom
Le nom LK-99 vient des initiales des deux découvreurs, le Dr Lee et le Dr Kim[5], ainsi que de l'année de la découverte (1999). À l'origine, ce duo travaillait avec le professeur Choi Dong-Shik à l'Université de Corée dans les années 1990[6].
Les résultats de leurs recherches ont été soumis à l'origine à la revue "Nature" en 2020[réf. nécessaire], mais ils ont été refusés car le sujet était similaire [réf. nécessaire]à la publication d'un rapport de recherche falsifié de Ranga P. Dias, qui avait fait grand bruit .
Une demande de brevet a ensuite été déposée en 2021 et a été accordée le 3 mars 2023. Une demande de marque coréenne pour "LK-99" a été déposée le 4 avril 2023 par le Centre de recherche sur l'énergie quantique. Les résultats ont été soumis à la revue "APL Materials" le 23 juillet 2023 pour examen[réf. nécessaire].
Hypothèse
L'apatite à base de plomb a une structure cylindrique formée 3 phosphates (PO4) organisés en triangle, sur 2 couches et centrés sur un atome d'oxygène. Six atomes de plomb sont disposés à l'intérieur (soit un par phosphate) et 4 à l'extérieur de ces disques, entre les groupes phosphates.
Lors de la réaction finale produisant le LK-99, un atome de plomb sur les 4 de la couche extérieure est remplacé par un atome de Cuivre.
Ce remplacement crée une perte de volume (rétrécissement) du produit. Ce rétrécissement crée une différence dans le positionnement des atomes de Cuivre par rapport à leur position nominale, cet écart crée un stress, qui peut être vu comme une pression lié à la structure du matériau. C'est ce stress qui est à l'origine de sa supraconductivité, comme dans les cuprates. Par contre, la dureté du LK-99 lui permet de conserver cette supraconductivité à des températures plus élevées que pour ces derniers.
Ce stress permet de faire apparaitre un tunnel de conduction entre les atomes de plomb internes et et les atomes d'oxygène.
Synthèse
La synthèse du LK-99 est effectuée selon ces 3 étapes:
- PbO + PbSO4 => Pb2(SO4)O (24h, 725°C, 1 bar)
- 3 Cu + P => Cu3P (48h, 550°C, 10-5 Torr)
- Pb2(SO4)O + Cu3P -> Pb9-xCux(PO4)6O (10h, 925°C, 10-5 Torr, tube en quartz (0,9<x<1)
Synthèse expérimentale
1. synthèse de la lanarkite (Pb2(SO4)O)
- réactifs : monoxyde de Plomb (PbO) et sulfate de Plomb (PbSO4)
- préparation : réduire en poudre les réactifs puis les mélanger dans une proportion équimolaire dans un creuset en alumine
- réaction : porter le mélange à 725°C pendant 24h pour obtenir la lanarkite.
- post-traitement : réduire en poudre l'échantillon
2.Synthèse du phosphure de cuivre (Cu3P)
- réactifs : Cuivre et Phosphore
- préparation : réduire en poudre les réactifs puis les mélanger dans une proportion équimolaire dans un tube en quartz.
- réaction : porter le mélange à 550°C, sous vide (10-5 Torr) pendant 48h pour obtenir le phosphure de cuivre.
- post-traitement réduire en poudre l'échantillon
2.Synthèse du LK99 Pb9-xCux(PO4)6O (0,9<x<1)
- réactifs : lanarkite (Pb2(SO4)O) et phosphure de cuivre (Cu3P)
- préparation : réduire en poudre les réactifs puis les mélanger dans une proportion équimolaire dans un tube en quartz.
- réaction : porter le mélange à 925°C, sous vide (10-5 Torr) pendant 10h pour obtenir le LK-99.
Liens Externes
Notes et références
- Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- (en) « LK-99 » (rapport), Korea Intellectual Property Rights Information Service, Korean Intellectual Property Office, no 4020230059989, (lire en ligne, consulté le ) [archive du ]« LK-99; … Applicant: Quantum Energy Research Centre (Q-centre); … Status: Awaiting Examination »
- (en) Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim, Young-Wan Kwon, https://qns.science/, « The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor » [PDF] (Pré-publication scientifique (non revue par un comité de relecture indépendant)), sur https://arxiv.org/abs/2307.12008, (arXiv 2307.12008, consulté le )
- (en) Sukbae Lee, Jihoon Kim, Hyun-Tak Kim, Sungyeon Im, SooMin An, Keun Ho Auh, « Superconductor Pb10−xCux(PO4)6O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism » [PDF], sur https://arxiv.org/, (arXiv 2307.12037, consulté le )
- Ji-Hoon Kim, « Über uns » (consulté le ) : « working on superconducting materials again, and finally, succeeded in synthesizing a room temperature and atmospheric pressure superconductor (RTAP-SC) … named LK99 (first discovered as a trace by Dr. Lee and Dr. Kim in 1999). »
- (ko) « ‘노벨상감’ 상온 초전도체 세계 최초 개발했다는 한국 연구...과학계 ‘회의론’ 넘을까 », Chosun Biz, (lire en ligne) :
« 연구를 주도한 이석배 퀀텀에너지연구소 대표는 27일 오전 조선비즈와 만나 “2020년에 처음 연구 결과를 네이처에 제출했지만 다이어스 교수 사태 때문에 네이처가 논문 게재를 부담스러워했고, 다른 전문 학술지에 먼저 게재할 것을 요구했다”며 “국내 학술지에 먼저 올려서 국내 전문가의 검증을 받고 사전공개 사이트인 아카이브에 올린 것”이라고 말했다. 이 대표는 지난 23일 국제 학술지인 ‘ALP 머터리얼즈’에도 논문을 제출했다고 덧붙였다. 세계적인 물리학 저널에 인정을 받겠다는 설명이다. … “지금은 작고한 최동식 고려대 화학과 교수와 함께 1990년대 중반부터 상온 초전도체 구현을 위해 20년에 걸쳐 연구와 실험을 진행했다”고 말했다. 이 대표는 상압상온 초전도체에 대한 특허도 출원했다고 밝혔다. »
