Η υπεραγωγιμότητα «χαλάστηκε» καθώς οι ερευνητές προσπαθούν να προχωρήσουν από τις συστολές – Physics World

"Πρόκειται να παρουσιάσω ένα νέο υλικό για πρώτη φορά." Έτσι είπε ο φυσικός της συμπυκνωμένης ύλης Ράνγκα Ντίας σε μια κατάμεστη αίθουσα συνεδριάσεων στο Συνάντηση Μαρτίου της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας στο Λας Βέγκας νωρίτερα φέτος. Το εν λόγω υλικό ήταν υδρίδιο λουτεσίου με πρόσμειξη αζώτου, ή Lu-NH, και ο Dias συνέχισε περιγράφοντας μετρήσεις υποστηρίζοντας ότι είχε δει στοιχεία για υπεραγωγιμότητα σε αξιοσημείωτα 294 K (20 °C) υπό πίεση 1 GPa (10 kbar).

Βασισμένος στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ στις ΗΠΑ, ο Ντίας ισχυρίστηκε ότι παρατήρησε πολλές υπογραφές υπεραγωγιμότητας, όπως η ηλεκτρική αντίσταση που πέφτει στο μηδέν σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία μετάβασης και το υλικό που αποβάλλει τις γραμμές μαγνητικού πεδίου. Αυτός και οι συνεργάτες του μέτρησαν επίσης την ειδική θερμότητα του δείγματος, η οποία έδειξε μια χαρακτηριστική απόκριση στη θερμοκρασία μετάβασης.

Η ανακάλυψή τους φάνηκε να σηματοδοτεί το αποκορύφωμα μιας μακροχρόνιας αναζήτησης στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης: την αναζήτηση υλικών που υπεραγωγούν υπό συνθήκες περιβάλλοντος. Ωστόσο, μετά την ομιλία, κανείς δεν μίλησε λέξη και δεν έγινε ξέφρενη γιορτή. Ο Ντίας απλώς τελείωσε την ομιλία του και πέρασε το μικρόφωνο στον επόμενο ομιλητή.

Ένα μέλος του κοινού ρώτησε εάν θα υπήρχαν ερωτήσεις. «Δεν έχουμε χρόνο», απάντησε η πρόεδρος της συνεδρίας Minta Akin από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore, η απάντησή της χαιρετίστηκε με ένα ηχητικό βογγητό από την αίθουσα.

Η ατμόσφαιρα φαινόταν πολύ διαφορετική από μια προηγούμενη συνάντηση του APS Μαρτίου το 1987 – το περίφημο «Γούντστοκ της φυσικής» στη Νέα Υόρκη που έλαβε χώρα αμέσως μετά την ανακάλυψη των πρώτων υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας.

Τότε οι φυσικοί Georg Bednorz και Άλεξ Μίλερ είχε πυροδοτήσει τον κόσμο της φυσικής της συμπυκνωμένης ύλης αφού ανακάλυψε τον προηγούμενο χρόνο ότι ένα υλικό που περιείχε οξείδιο του χαλκού, λανθάνιο και βάριο έγινε υπεραγώγιμο στους 35 Κ. Αυτό ήταν περίπου 50% υψηλότερο από το προηγούμενο ρεκόρ των 23 Κ που είχε επιτευχθεί περισσότερο από μια δεκαετία νωρίτερα στο νιόβιο-γερμάνιο (Σημ₃Ge).

Τα νέα υλικά «χάλκινου» προκάλεσαν τέτοιο θόρυβο επειδή δεν ήταν μέταλλα αλλά μονωτές και πρόσφεραν τη δυνατότητα εύρεσης νέων στοιχειομετριών και ενώσεων που θα μπορούσαν ενδεχομένως να φτάσουν σε ακόμη υψηλότερες θερμοκρασίες μετάβασης.

Ένας υπεραγωγός σε θερμοκρασία δωματίου ήταν το ιερό δισκοπότηρο, που κρατούσε την ελπίδα για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών από εξαιρετικά αποδοτικά ενεργειακά δίκτυα έως ιατρικές εφαρμογές που απαιτούν ισχυρούς μαγνήτες.

Ο Bednorz και ο Müller κέρδισαν αργότερα το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1987 για την ανακάλυψη και στις δεκαετίες που ακολούθησαν οι ερευνητές δημιούργησαν νέες ενώσεις με βάση το χαλκό που έφτασαν σε θερμοκρασίες μετάπτωσης 133 K σε πίεση περιβάλλοντος και 166 K σε πίεση περίπου 30 GPa.

Από χαλκό μέχρι υδρίδια

Ενώ οι cuprates ήταν οι στην πραγματικότητα υπεραγώγιμοι βασιλιάδες τις τελευταίες δύο δεκαετίες, που όλα άρχισαν να αλλάζουν στα μέσα της δεκαετίας του 2010. Το 2015 Μιχαήλ Ερεμέτς και οι συνάδελφοί του στο Ινστιτούτο Χημείας Max Planck και στο Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg στο Μάιντς, αμφότερα στη Γερμανία, παρατήρησαν υπεραγωγιμότητα στους 203 Κ σε ένα δείγμα υδρόθειου.

Αν και το υλικό έπρεπε να συμπιεστεί στα 150 GPa (Φύση 525 73), το 2018 μια ομάδα με επικεφαλής Ράσελ Χέμλι, τότε στο Πανεπιστήμιο George Washington στις ΗΠΑ, ανέφερε υπεραγωγιμότητα στους 260 K σε υπερυδρίδιο του λανθανίου, αν και ακόμα υπό πίεση άνω των 180 GPa, εργασία που δημοσιεύτηκε το 2019 (Φυσ. Rev. Lett. 122 027001).

Την ίδια χρονιά η ομάδα του Eremets ανέφερε υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασίες έως 250 Κ  σε υδρίδιο λανθανίου στα 170 GPa (Φύση 569 528).

Οι εργασίες σε αυτά τα λεγόμενα δυαδικά υδρίδια -ενώσεις που περιέχουν υδρογόνο και ένα άλλο στοιχείο όπως το υδρόθειο- πυροδότησε μια «βιασύνη χρυσού» στην αναζήτηση υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας.

Αλλά αυτό που ήταν πιο συναρπαστικό είναι ότι είχαν προβλεφθεί εξ ολοκλήρου από υπολογισμούς των πρώτων αρχών, με τη θεωρία να συμφωνεί σχεδόν απόλυτα με το πείραμα.

Η απερίσκεπτη συμπεριφορά του Ντίας έχει βλάψει τη φήμη του χώρου και μπορεί να χρειαστούν μερικά χρόνια για να αποκατασταθεί η ζημιά

Λίλια Μπόερη

«Τα υδρίδια ήταν πιθανώς η πιο συναρπαστική ανακάλυψη στην υπεραγωγιμότητα μετά τους χαλκούδες και μια εκπληκτική ιστορία επιτυχίας της αλληλεπίδρασης μεταξύ θεωρίας και πειράματος», λέει ο θεωρητικός φυσικός Λίλια Μπόερη από το Πανεπιστήμιο της Ρώμης La Sapienza.

Ο Ντίας και οι συνεργάτες του μπήκαν στο παιχνίδι υπεραγωγιμότητας υψηλής θερμοκρασίας το 2020. Χρησιμοποιώντας την εμπειρία του συμπίεσης υδρογόνου σε υψηλή πίεση (δείτε το πλαίσιο παρακάτω), η ομάδα του Ντίας δημοσίευσε μια εργασία για το ανθρακικό υδρίδιο του θείου που ισχυριζόταν ότι παρουσίαζε υπεραγωγιμότητα στους 288 K υπό πίεση περίπου 260 GPa (Φύση 586 373).

Περίπου την ίδια εποχή ο Ντίας συνίδρυσε μια εταιρεία — Unearthly Materials — για την εμπορευματοποίηση υπεραγωγών θερμοκρασίας δωματίου και εκείνη τη χρονιά το έργο βραβεύτηκε 2020 Κόσμος Φυσικής Ανακάλυψη της χρονιάς.

Το 2021 ο Ντίας ονομάστηκε ακόμη και ως α TIME100 Επόμενος καινοτόμος για το έργο του. «Ας είμαστε ξεκάθαροι: τα hoverboards, τα τρένα με μαγνητική αιώρηση και τα ηλεκτροφόρα καλώδια χωρίς αντίσταση δεν θα έρθουν φέτος ή του χρόνου», σημείωσε Χρόνος περιοδικό. «Αλλά χάρη στη Ranga Dias, είναι πιο κοντά από ποτέ».  

Όμως δεν ήταν όλα όπως φαινόταν. Το 2021 εκφράστηκαν ανησυχίες από τους ερευνητές σχετικά με ορισμένες από τις επεξεργασίες δεδομένων στο έγγραφο, ιδιαίτερα τον τρόπο με τον οποίο είχε αφαιρεθεί ένα υπόβαθρο από τις μετρήσεις αντίστασης για να δείξει ότι το δείγμα πέφτει σε μηδενική αντίσταση μετά τη θερμοκρασία μετάβασης.

Η θερμοκρασία ανεβαίνει

Στη συνέχεια, τον Σεπτέμβριο του 2022, της ομάδας Φύση το χαρτί ανασύρθηκε. «Έχουμε πλέον διαπιστώσει ότι ορισμένα βασικά βήματα επεξεργασίας δεδομένων – δηλαδή, οι αφαιρέσεις φόντου που εφαρμόζονται στα ακατέργαστα δεδομένα που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία των γραφημάτων μαγνητικής επιδεκτικότητας – χρησιμοποιούσαν μια μη τυποποιημένη, καθορισμένη από τον χρήστη διαδικασία», σημειώνεται σε μια εκδοτική ενημέρωση που γράφτηκε από τους συγγραφείς. του αρχικού χαρτιού.

Και οι εννέα συγγραφείς της δημοσίευσης διαφώνησαν με την απόφαση του Φύση να ανακαλέσει, αν και το Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ ξεκίνησε τρεις εσωτερικές έρευνες, δύο από τις οποίες ολοκληρώθηκαν τον Μάιο του 2022 και μια άλλη μετά την ανάκληση. Ο Ρότσεστερ ανακοίνωσε ότι οι έρευνες δεν βρήκαν στοιχεία για ανάρμοστη συμπεριφορά, αλλά δεν κυκλοφόρησαν πλήρεις λεπτομέρειες των ερευνών.

Ο Ντίας δεν πτοήθηκε και, αφού έδωσε την ομιλία του στη συνεδρίαση του APS φέτος, Η εργασία της ομάδας του στο Lu-NH δημοσιεύτηκε, πάλι μέσα Φύση (615 244).

Τον Απρίλιο, α Δημοσιεύθηκε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας που περιείχε τον Dias ως εφευρέτη (αν και κατατέθηκε τον Απρίλιο του 2022) για ένα υλικό υδριδίου λουτετίου που μπορεί να υπεραγωγεί σε θερμοκρασία δωματίου. Ωστόσο, δεν δόθηκαν λεπτομέρειες για την ακριβή στοιχειομετρία του υλικού. Αλλά όπως και με το 2020 Φύση χαρτί, τέθηκαν ερωτήματα γύρω από την αφαίρεση του υποβάθρου στη νέα μελέτη.

Υπήρχαν επίσης ανησυχίες ότι το δηλωμένο ποσοστό επιτυχίας της μέτρησης της υπεραγωγιμότητας σε υψηλές θερμοκρασίες σε δείγματα Lu-NH ήταν μόνο περίπου 35%, όταν θα ήλπιζε κανείς ότι όλα τα δείγματα που έγιναν σε μια συγκεκριμένη συνταγή θα ήταν υπεραγώγιμα για να βοηθήσουν την αναπαραγωγιμότητα.

Εξακολουθώ να πιστεύω ότι η υπεραγωγιμότητα υδριδίου έχει καλές πιθανότητες να παρέχει τελικά έναν υπεραγωγό σε συνθήκες περιβάλλοντος

Ντέιβιντ Σέπερλι

Και όταν άλλοι ερευνητές προσπάθησαν να αναπαράγουν τα ευρήματα, απέτυχαν. Ο Ντι Πενγκ από το Ινστιτούτο Φυσικής Στερεάς Κατάστασης στο Χεφέι της Κίνας και οι συνεργάτες του, για παράδειγμα, βρήκαν κάποια σημάδια μετάβασης στους 240 Κ περίπου, αλλά προτείνουν ότι δεν είναι ενδεικτικά υπεραγωγιμότητας (arXiv: 2307.00201).

Οι θεωρητικοί που προσπάθησαν να εξηγήσουν την υπεραγωγιμότητα σε υψηλή θερμοκρασία βρέθηκαν επίσης να αγωνίζονται. Ο Boeri και οι συνεργάτες του έδειξαν πρόσφατα ότι όχι μόνο δεν μπόρεσαν να προσδιορίσουν μια μεμονωμένη ένωση στο διάγραμμα φάσης Lu-NH που θα μπορούσε να εξηγήσει τους εξαιρετικούς ισχυρισμούς του Dias, αλλά επίσης ότι τα υδρίδια Lu-NH είναι εγγενώς υπεραγωγοί χαμηλής θερμοκρασίας.Nature Commun. 14 5367). «Δεν υπάρχει ένα μόνο θεωρητικό έγγραφο που να βρίσκει μια εύλογη εξήγηση για τα αποτελέσματα του Ντίας», λέει.

Υποστήριξη για το έργο του Ντίας, ωστόσο, δόθηκε από τον Χέμλι, ο οποίος τώρα βρίσκεται στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις του Σικάγο. Έχοντας λάβει υλικό που προετοιμάστηκε από την ομάδα του Dias, ο Hemley και οι συνεργάτες του μέτρησαν την ηλεκτρική αντίσταση των δειγμάτων κάτω από διάφορες πιέσεις, βρίσκοντας στοιχεία για υπεραγωγιμότητα έως και 276 K στα 15 kbar (arXiv: 2306.06301).

«Οι μετρήσεις μας συμφωνούν άριστα με όσα αναφέρονται στο Φύση χαρτί», είπε ο Χέμλι Κόσμος Φυσικής. «Επιπλέον, το μέγεθος της πτώσης είναι ακόμη μεγαλύτερο από αυτό των προηγούμενων δεδομένων».

Ο Hemley λέει ότι η θεωρητική ανάλυση που έχει κάνει ο ίδιος και οι συνάδελφοί του δείχνουν ότι η ηλεκτρονική δομή του Lu-NH είναι «αξιοσημείωτη» (arXiv: 2305.18196).

«Με αυτές τις συνεχείς ανακαλύψεις, η αναζήτηση υπεραγωγών που λειτουργούν σε ή και πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου, μαζί με την αναζήτηση για σταθεροποίηση αυτών των υλικών κοντά στην πίεση περιβάλλοντος, παραμένει πολύ συναρπαστική», προσθέτει.

Η επιστήμη θα υποφέρει αν αποτύχουμε να διατηρήσουμε την ακαδημαϊκή ακεραιότητα

Αλλά υπήρχαν και άλλα άσχημα νέα για τον Ντίας. Την 1η Σεπτεμβρίου 2023 Φύση δημοσιεύθηκε μια σημείωση του συντάκτη ειδοποιώντας τους αναγνώστες ότι η εφημερίδα του Dias Lu-NH ερευνάται.

"Η αξιοπιστία των δεδομένων που παρουσιάζονται σε αυτό το χειρόγραφο αμφισβητείται επί του παρόντος." Φύση είπε. «Θα ληφθούν τα κατάλληλα συντακτικά μέτρα μόλις επιλυθεί αυτό το ζήτημα».

Σύμφωνα με μια έκθεση στο Wall Street Journal στα τέλη Σεπτεμβρίου, οκτώ από τους 11 συγγραφείς της εφημερίδας Lu-NH είχαν γράψει στον Tobias Rödel, ανώτερο συντάκτη στο Φύση, ζητώντας την ανάκληση του χαρτιού, υποστηρίζοντας ότι ο Ντίας «δεν ενήργησε καλόπιστα όσον αφορά την προετοιμασία και την υποβολή του χειρογράφου».

Προφανώς, ο Rödel τους απάντησε μέσα σε λίγες μέρες σημειώνοντας: «Συμφωνούμε απόλυτα με το αίτημά σας να ανακληθεί το χαρτί». Μέχρι στιγμής, οι μόνοι ερευνητές που επιμείνουν στα ευρήματά τους είναι ο Ντίας και δύο από τους τρέχοντες διδακτορικούς φοιτητές του.

Ντέιβιντ Σέπερλι από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, ο οποίος έγραψε α Άρθρο Ειδήσεις & Προβολές για Φύση σχετικά με τα αποτελέσματα του Lu-NH, λέει ότι είναι «απογοητευμένος» γι' αυτό Φύση δεν έκανε καλύτερη δουλειά στην αναθεώρηση της εργασίας εξαρχής.

«Μας δόθηκε μόνο το αποδεκτό χειρόγραφο και όχι τα αρχεία δεδομένων ή τα σχόλια των διαιτητών», λέει. «Μόνο μετά την κυκλοφορία της εφημερίδας μάθαμε για ορισμένα προβλήματα που θα μπορούσαν να είχαν εντοπιστεί νωρίτερα».

Προχωράω

Το τι θα γίνει με την ομάδα του Ντίας είναι άγνωστο. Τον Αύγουστο το Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ ανακοίνωσε ότι ερευνά ξανά το έργο του Ντίας, αν και πότε θα ολοκληρωθεί αυτή η έρευνα είναι άγνωστο. «Δυστυχώς, η απερίσκεπτη συμπεριφορά του Ντίας έχει βλάψει τη φήμη του γηπέδου και μπορεί να χρειαστούν μερικά χρόνια για να αποκατασταθεί η ζημιά», λέει ο Boeri.

Αυτή η άποψη υποστηρίζεται από έναν φυσικό συμπυκνωμένης ύλης Τζέιμς Χάμλιν από το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα, ο οποίος εξέτασε μερικές από τις εργασίες της ομάδας του Ντίας. «Πιστεύω ότι ολόκληρο το έπος είναι επιζήμιο για την επιστήμη γενικά, και η έρευνα υπεραγωγιμότητας περισσότερο και ευρύτερα είναι καύσιμο για αντιεπιστημονικούς τύπους», είπε. Κόσμος Φυσικής. «Θα μπορούσε να έχει αντίκτυπο στη χρηματοδότηση για έρευνα υψηλής πίεσης και αυτό θα ήταν ατυχές δεδομένου ότι ήταν ένας τόσο γόνιμος τομέας με τόσες πολλές συναρπαστικές πρόσφατες εξελίξεις».

Ο Hamlin πιστεύει επίσης ότι τα περιοδικά επιστημονικής έρευνας θα πρέπει να διευρύνουν τις επικοινωνίες τους ώστε να περιλαμβάνουν όλους τους συγγραφείς της εργασίας και όχι μόνο τον αντίστοιχο συγγραφέα όταν τίθεται πιθανή κακή συμπεριφορά στην έρευνα. «Όλοι οι συγγραφείς υπόκεινται σε πιθανή βλάβη της φήμης τους από ισχυρισμό για ανάρμοστη συμπεριφορά, επομένως όλοι οι συγγραφείς θα πρέπει να γνωρίζουν τις σχετικές ανακοινώσεις από τους εκδότες από την αρχή», προσθέτει.

Παρά τα προβλήματα αυτά, οι εργασίες για τους υδρίτες προχωρούν. Τον Ιούλιο ο Guangtao Liu του Πανεπιστημίου Jilin, Κίνα και οι συνεργάτες του βρήκαν υπεραγωγιμότητα έως και 110 K σε πίεση 80 GPa στο τριαδικό υδρίδιο LaBeH₈ (Φυσ. Rev. Lett. 130 266001).

Ο υπεραγωγός θερμοκρασίας δωματίου φτάνει επιτέλους, ένα μυστήριο ανιχνευτή σκοτεινής ύλης

Αν και αυτή η θερμοκρασία δεν είναι τόσο υψηλή, αυτές οι τριμερείς ενώσεις είναι συναρπαστικές επειδή έχουν μια ευρύτερη πιθανή ποικιλία δομών από τα δυαδικά ξαδέρφια τους, τα οποία θα μπορούσαν να επεκτείνουν τα διαθέσιμα υλικά για υπεραγωγιμότητα σε υψηλή θερμοκρασία. «Το πεδίο [της έρευνας υδριδίων] είναι υγιές και έχει τη δυνατότητα να αποφέρει πολλά περισσότερα πρωτοποριακά αποτελέσματα στο μέλλον», προσθέτει ο Boeri.

Ο Ceperley συμφωνεί. «Ακόμα αισθάνομαι ότι η υπεραγωγιμότητα υδριδίου έχει καλές πιθανότητες να παράσχει τελικά έναν υπεραγωγό σε συνθήκες περιβάλλοντος, ο οποίος θα είχε τεράστιες τεχνολογικές εφαρμογές», σημειώνει. "Ο χώρος των πιθανών ενώσεων και των μεθόδων κατασκευής είναι τόσο μεγάλος που μπορεί να χρειαστεί λίγος χρόνος για να τα βρούμε."

Όσο για τον Ντίας, αρνήθηκε να σχολιάσει αυτό το άρθρο, αν και σε προηγούμενα σχόλια των μέσων ενημέρωσης είπε ότι έμεινε στα αποτελέσματά του.

Τον Ιούλιο Κόσμος Φυσικής προσφέρθηκε μάλιστα να δημοσιεύσει μια συνέντευξη με τον Ντίας και του έστειλε μια σειρά γραπτών ερωτήσεων μέσω Σημείο 30, ένα πρακτορείο δημοσίων σχέσεων με έδρα τις ΗΠΑ που ενεργεί για λογαριασμό του Ντίας. Παρά το γεγονός ότι συμφώνησε να απαντήσει στις ερωτήσεις, ο Ντίας αποσύρθηκε αργότερα από τη συνέντευξη.

Κόσμος Φυσικής έκτοτε έμαθε ότι η 30 Point δεν λειτουργεί πλέον με την Dias.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/