Superledning 'beskadiget', da forskere ser efter at komme videre fra tilbagetrækninger – Physics World

"Jeg vil introducere et nyt materiale for første gang." Sådan sagde den kondenserede-stof-fysiker Ranga Dias til et fyldt mødelokale på marts møde i American Physical Society i Las Vegas tidligere i år. Det pågældende materiale var nitrogen-doteret lutetiumhydrid eller Lu-NH, og Dias fortsatte med at beskrive målinger, der hævdede at have set beviser for superledning ved bemærkelsesværdige 294 K (en milde 20 °C) under et tryk på 1 GPa (10) kbar).

Baseret på University of Rochester i USA hævdede Dias at have observeret mange signaturer af superledning, såsom den elektriske modstand, der falder til nul ved en bestemt overgangstemperatur, og materialet, der udstøder magnetiske feltlinjer. Han og hans kolleger målte også prøvens specifikke varme, som viste en karakteristisk respons ved overgangstemperaturen.

Deres fund så ud til at markere kulminationen på en århundrede lang søgen inden for kondenseret stoffysik: søgen efter materialer, der superleder under omgivende forhold. Men efter talen sagde ingen et ord, og der var ingen vild fest. Dias afsluttede blot sin tale og sendte mikrofonen over til den næste højttaler.

Et medlem af tilhørerne spurgte, om der ville være spørgsmål. "Vi har ikke tid," svarede sessionsformand Minta Akin fra Lawrence Livermore National Laboratory, hendes svar blev mødt med et hørbart støn fra lokalet.

Atmosfæren virkede meget anderledes end et tidligere APS marts-møde i 1987 - den berømte "Fysikkens Woodstock" i New York City, der fandt sted lige efter, at de første højtemperatur-superledere var blevet opdaget.

Dengang fysikerne Georg Bednorz og Alex Müller havde sat verden af ​​kondenseret stoffysik i brand efter at have opdaget året før, at et materiale indeholdende kobberoxid, lanthan og barium blev superledende ved omkring 35 K. Dette var omkring 50 % højere end den tidligere rekord på 23 K, der var opnået mere end et årti tidligere i niobium-germanium (Nb₃Ge).

De nye "kuprat"-materialer forårsagede sådan en summen, fordi de ikke var metaller, men isolatorer, og de gav mulighed for at finde nye støkiometrier og forbindelser, der potentielt kunne nå endnu højere overgangstemperaturer.

En superleder ved stuetemperatur var den hellige gral, der gav håbet om en bred vifte af applikationer fra ultraeffektive energinet til medicinske applikationer, der kræver kraftige magneter.

Bednorz og Müller vandt senere 1987 Nobelprisen i fysik for opdagelsen og i de følgende årtier skabte forskere nye cuprat-baserede forbindelser, der nåede overgangstemperaturer på 133 K ved omgivende tryk og 166 K ved et tryk på omkring 30 GPa.

Fra cuprates til hydrider

Mens cuprates havde været den de facto superledende konger i de sidste par årtier, som alle begyndte at ændre sig i midten af ​​2010'erne. I 2015 Mikhail Eremets og kolleger ved Max Planck Institute for Chemistry og Johannes Gutenberg University Mainz, begge i Tyskland, observerede superledning ved 203 K i en prøve af svovlbrinte.

Selvom materialet skulle presses til 150 GPa (Natur 525 73), i 2018 en gruppe ledet af Russell Hemley, dengang ved George Washington University i USA, rapporterede superledning ved 260 K i lanthansuperhydrid, omend stadig under et tryk på over 180 GPa, arbejde, der blev offentliggjort i 2019 (Fys. Lett. 122 027001).

Samme år rapporterede Eremets' team om superledning ved temperaturer op til 250 K  i lanthanhydrid ved 170 GPa (Natur 569 528).

Arbejdet med disse såkaldte binære hydrider - forbindelser, der indeholder brint og et andet element såsom svovlbrinte - udløste et "guldfeber" i søgen efter højtemperatur-superledere.

Men det, der var mest spændende, er, at de blev forudsagt udelukkende ud fra de første princips-beregninger, hvor teorien næsten stemte overens med eksperimentet.

Dias' hensynsløse adfærd har skadet feltets omdømme, og det kan tage et par år at reparere skaden

Lilia Boeri

"Hydriderne har nok været den mest spændende opdagelse inden for superledning efter cuprates og en fantastisk succeshistorie om samspillet mellem teori og eksperiment," siger teoretisk fysiker Lilia Boeri fra universitetet i Rom La Sapienza.

Dias og kollegaer gik ind i højtemperatur-superledningsspillet i 2020. Ved at bruge sin erfaring med at presse brint til højt tryk (se boks nedenfor), Dias' gruppe udgivet et papir om kulholdigt svovlhydrid der hævdede at vise superledning ved 288 K under et tryk på omkring 260 GPa (Natur 586 373).

Omtrent på samme tid var Dias med til at stifte et firma - Unearthly Materials - for at kommercialisere stuetemperatur-superledere, og det år blev arbejdet tildelt en 2020 Fysik verden Årets gennembrud.

I 2021 blev Dias endda udnævnt til en TIME100 Næste innovator for sit arbejde. "Lad os være klare: hoverboards, magnetiske levitationstog og modstandsfrie elledninger kommer ikke i år eller næste år," bemærkede Tid magasin. "Men takket være Ranga Dias er de tættere på, end de nogensinde har været."  

Men ikke alt var, som det så ud. I 2021 rejste forskere bekymringer om nogle af databehandlingen i papiret, især måden, hvorpå en baggrund var blevet trukket fra modstandsmålingerne for at vise, at prøven faldt til nul modstand efter overgangstemperaturen.

Temperaturen stiger

Så, i september 2022, gruppens Natur papiret blev trukket tilbage. "Vi har nu fastslået, at nogle vigtige databehandlingstrin - nemlig baggrundssubtraktionerne anvendt på de rådata, der blev brugt til at generere de magnetiske modtagelighedsplot - brugte en ikke-standard, brugerdefineret procedure," bemærkede en redaktionel opdatering skrevet af forfatterne af det originale papir.

Alle ni forfattere på papiret var uenige i beslutningen af Natur at trække sig tilbage, selvom University of Rochester påbegyndte tre interne undersøgelser, hvoraf to blev afsluttet i maj 2022, og en anden efter tilbagetrækningen. Rochester meddelte, at undersøgelserne ikke havde fundet beviser for forseelse, men at de ikke er blevet frigivet alle detaljer om forespørgslerne.

Dias var ikke afskrækket, og efter at have holdt sit foredrag på APS-mødet i år, hans teams arbejde med Lu-NH blev offentliggjort, igen ind Natur (615 244).

I april, en patentliste Dias som opfinderen blev offentliggjort (selvom indgivet i april 2022) for et lutetiumhydridmateriale, der kan superlede ved stuetemperatur. Der blev dog ikke givet detaljer om materialets nøjagtige støkiometri. Men ligesom med 2020 Natur papir, blev der rejst spørgsmål omkring baggrundssubtraktionen i den nye undersøgelse.

Der var også bekymringer om, at den angivne succesrate for måling af superledning ved høje temperaturer i Lu-NH-prøver kun var omkring 35 %, når man kunne håbe, at alle prøver lavet til en bestemt opskrift ville være superledende for at hjælpe reproducerbarheden.

Jeg føler stadig, at hydridsuperledning har en god chance for i sidste ende at give en superleder ved omgivende forhold

David Ceperley

Og da andre forskere forsøgte at gengive resultaterne, mislykkedes de. Di Peng fra Institute of Solid State Physics i Hefei, Kina, og kollegaer fandt for eksempel nogle tegn på en overgang ved omkring 240 K, men tyder på, at de ikke er tegn på superledning (arXiv: 2307.00201).

Teoretikere, der forsøgte at forklare højtemperatur-superledningsevnen, kæmpede også. Boeri og kolleger viste for nylig, at de ikke kun kunne identificere en enkelt forbindelse i Lu-NH-fasediagrammet, der kunne forklare Dias' ekstraordinære påstande, men også at Lu-NH-hydrider er iboende lavtemperatur-superledere (Naturfællesskab. 14 5367). "Der er ikke noget enkelt teoretisk papir, der finder en plausibel forklaring på Dias' resultater," siger hun.

Støtten til Dias' arbejde kom dog fra Hemley, som nu er ved University of Illinois, Chicago. Efter at have fået materiale udarbejdet af Dias' team, målte Hemley og kolleger den elektriske modstand af prøverne under forskellige tryk og fandt beviser for superledning så høj som 276 K ved 15 kbar (arXiv: 2306.06301).

"Vores målinger er i fremragende overensstemmelse med det, der er rapporteret i Natur papir,” fortalte Hemley Fysik verden. "Desuden er størrelsen af ​​faldet endnu større end de tidligere data."

Hemley siger, at teoretiske analyser, han og kolleger har udført, viser, at den elektroniske struktur af Lu-NH er "bemærkelsesværdig" (arXiv: 2305.18196).

"Med disse fortsatte opdagelser forbliver jagten på superledere, der fungerer ved eller endda over stuetemperatur, sammen med stræben efter at stabilisere disse materialer tæt på omgivende tryk, meget spændende," tilføjer han.

Videnskaben vil lide, hvis vi ikke formår at bevare den akademiske integritet

Men der var flere dårlige nyheder i vente for Dias. Den 1. september 2023 Natur offentliggjort en redaktionsnotat advarer læserne om, at Dias' Lu-NH-avis er ved at blive undersøgt.

"Plideligheden af ​​data præsenteret i dette manuskript er i øjeblikket i tvivl," Natur sagde. "Der vil blive truffet passende redaktionelle handlinger, når denne sag er løst."

Ifølge en rapport i Wall Street Journal i slutningen af ​​september havde otte af de 11 forfattere af Lu-NH-avisen skrevet til Tobias Rödel, en seniorredaktør på Natur, der anmodede om, at papiret blev trukket tilbage, og hævdede, at Dias "ikke har handlet i god tro med hensyn til udarbejdelsen og indsendelsen af ​​manuskriptet".

Tilsyneladende svarede Rödel dem inden for et par dage og bemærkede: "Vi er fuldstændig enige i din anmodning om, at papiret blev trukket tilbage." Indtil videre er de eneste forskere, der holder fast i deres resultater, Dias og to af hans nuværende ph.d.-studerende.

David Ceperley fra University of Illinois, som skrev en News & Views artikel for Natur om Lu-NH-resultaterne, siger han er "skuffet" over det Natur gjorde ikke et bedre stykke arbejde med at gennemgå papiret i første omgang.

"Vi fik kun det accepterede manuskript og ikke datafilerne eller dommerkommentarerne," siger han. "Det var først efter at papiret kom ud, at vi hørte om nogle af de problemer, der kunne være blevet fundet tidligere."

Komme videre

Hvad der vil ske med Dias' gruppe er ukendt. I august University of Rochester annonceret, at det er ved at undersøge Dias' arbejde igen, selvom det er uvist, hvornår undersøgelsen vil være færdig. "Desværre har Dias' hensynsløse adfærd skadet feltets omdømme, og det kan tage et par år at reparere skaden," siger Boeri.

Den opfattelse bakkes op af fysiker med kondenseret stof James Hamlin fra University of Florida, som undersøgte noget af Dias' gruppes arbejde. "Jeg tror, ​​at hele sagaen er skadelig for videnskaben generelt, og superledningsforskning mere og mere generelt er brændstof for anti-videnskabelige typer," fortalte han Fysik verden. "Det kan have en indvirkning på finansieringen af ​​højtryksforskning, og det ville være uheldigt, da det har været et så frugtbart område med så mange spændende seneste udviklinger."

Hamlin mener også, at videnskabelige forskningstidsskrifter bør udvide deres kommunikation til at omfatte alle forfattere af papiret i stedet for kun den tilsvarende forfatter, når der rejses potentielle forskningsforseelser. "Alle forfattere er udsat for potentiel skade på omdømmet som følge af en påstand om forseelse, så alle forfattere bør være fortrolige med den relevante kommunikation fra redaktører lige fra begyndelsen," tilføjer han.

På trods af disse problemer skrider arbejdet med hydriderne frem. I juli fandt Guangtao Liu fra Jilin University, Kina og kolleger superledning op til 110 K ved et tryk på 80 GPa i det ternære hydrid LaBeH₈ (Phys. Rev. Lett. 130 266001).

En superleder med stuetemperatur ankommer omsider, et mysterium for mørkstofdetektorer

Selvom denne temperatur ikke er så høj, er disse ternære forbindelser spændende, fordi de har et bredere potentiale af strukturer end deres binære fætre, hvilket kan udvide de tilgængelige materialer til superledning ved høj temperatur. "Feltet [hydridforskning] er sundt og har potentiale til at give mange flere banebrydende resultater i fremtiden," tilføjer Boeri.

Ceperley er enig. "Jeg føler stadig, at hydridsuperledning har en god chance for i sidste ende at give en superleder ved omgivende forhold, som ville have store teknologiske anvendelser," bemærker han. "Rummet af mulige forbindelser og fremstillingsmetoder er så stort, at det kan tage lidt tid at finde dem."

Hvad Dias angår, afviste han at kommentere denne artikel, selvom han i tidligere mediekommentarer sagde, at han stod ved sine resultater.

I juli Fysik verden tilbød endda at offentliggøre et interview med Dias og sendte et sæt skriftlige spørgsmål til ham via 30 Point, et USA-baseret PR-bureau, der handler på Dias' vegne. På trods af at have accepteret at besvare spørgsmålene, trak Dias sig senere ud af interviewet.

Fysik verden har siden erfaret, at 30 Point ikke længere fungerer med Dias.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
• PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
• PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
• PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/