La superconductividad está 'dañada' mientras los investigadores buscan superar las retracciones – Physics World

"Voy a presentar un material nuevo por primera vez". Así lo dijo el físico de la materia condensada. Ranga Dias a una sala de conferencias repleta en el Reunión de marzo de la American Physical Society en Las Vegas a principios de este año. El material en cuestión era hidruro de lutecio dopado con nitrógeno, o Lu-N-H, y Dias pasó a describir mediciones que afirmaban haber visto evidencia de superconductividad a unos notables 294 K (unos agradables 20 °C) bajo una presión de 1 GPa (10 kbar).

Con base en la Universidad de Rochester en los EE. UU., Dias afirmó haber observado muchas firmas de superconductividad, como la resistencia eléctrica que cae a cero a una temperatura de transición particular y el material que expulsa líneas de campo magnético. Él y sus colegas también midieron el calor específico de la muestra, que mostró una respuesta característica a la temperatura de transición.

Su hallazgo pareció marcar la culminación de una búsqueda de un siglo de duración en la física de la materia condensada: la búsqueda de materiales superconductores en condiciones ambientales. Sin embargo, después de la charla nadie pronunció una palabra y no hubo ninguna celebración salvaje. Dias simplemente terminó su charla y pasó el micrófono al siguiente orador.

Un miembro de la audiencia preguntó si habría preguntas. “No tenemos tiempo”, respondió la presidenta de la sesión, Minta Akin, del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, y su respuesta fue recibida con un gemido audible en la sala.

La atmósfera parecía muy diferente a la de una reunión anterior de la APS en marzo de 1987: el famoso “Woodstock de la física” en la ciudad de Nueva York que tuvo lugar justo después de que se descubrieran los primeros superconductores de alta temperatura.

En aquel entonces los físicos Georg Bednorz y alex muller había encendido el mundo de la física de la materia condensada después de descubrir el año anterior que un material que contenía óxido de cobre, lantano y bario se volvía superconductor a unos 35 K. Esta cifra era aproximadamente un 50 % más alta que el récord anterior de 23 K que se había logrado más que una década antes en niobio-germanio (Nb₃Ge).

Los nuevos materiales “cuprato” causaron tanto revuelo porque no eran metales sino aislantes y ofrecían la posibilidad de encontrar nuevas estequiometrías y compuestos que potencialmente podrían alcanzar temperaturas de transición aún más altas.

Un superconductor a temperatura ambiente era el santo grial, que ofrecía la esperanza de una amplia gama de aplicaciones, desde redes de energía ultraeficientes hasta aplicaciones médicas que requieren imanes potentes.

Bednorz y Müller ganaron más tarde el Premio Nobel de Física de 1987 por el descubrimiento y en las décadas siguientes los investigadores crearon nuevos compuestos a base de cuprato que alcanzaron temperaturas de transición de 133 K a presión ambiente y 166 K a una presión de alrededor de 30 GPa.

De cupratos a hidruros

Si bien los cupratos habían sido los de facto reyes superconductores durante las últimas dos décadas, todo eso comenzó a cambiar a mediados de la década de 2010. En 2015 Mijail Eremets y colegas del Instituto Max Planck de Química y de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, ambas en Alemania, observaron superconductividad a 203 K en una muestra de sulfuro de hidrógeno.

Aunque el material necesitaba ser exprimido a 150 GPa (Naturaleza 525 73), en 2018 un grupo liderado por russell hemley, entonces en la Universidad George Washington en EE. UU., informó sobre superconductividad a 260 K en superhidruro de lantano, aunque todavía bajo presiones de más de 180 GPa, trabajo que se publicó en 2019 (física Rev. Lett. 122 027001).

Ese mismo año, el equipo de Eremets informó sobre superconductividad a temperaturas de hasta 250 K.  en hidruro de lantano a 170 GPa (Naturaleza 569 528).

El trabajo sobre los llamados hidruros binarios (compuestos que contienen hidrógeno y otro elemento como el sulfuro de hidrógeno) desató una “fiebre del oro” en la búsqueda de superconductores de alta temperatura.

Pero lo más emocionante es que se predijeron enteramente a partir de cálculos de primeros principios, y la teoría concordaba casi perfectamente con el experimento.

El comportamiento desconsiderado de Dias ha dañado la reputación del campo y puede que sean necesarios algunos años para reparar el daño.

Lilia Boeri

"Los hidruros han sido probablemente el descubrimiento más emocionante en superconductividad después de los cupratos, y una sorprendente historia de éxito de la interacción entre teoría y experimento", dice el físico teórico. Lilia Boeri de la Universidad de Roma La Sapienza.

Dias y sus colegas entraron en el juego de la superconductividad de alta temperatura en 2020. Utilizando su experiencia exprimiendo hidrógeno a alta presión (ver cuadro a continuación), el grupo de Dias publicó un artículo sobre el hidruro de azufre carbonoso que afirmaba mostrar superconductividad a 288 K bajo una presión de aproximadamente 260 GPa (Naturaleza 586 373).

Casi al mismo tiempo, Dias cofundó una empresa, Unearthly Materials, para comercializar superconductores a temperatura ambiente y ese año el trabajo recibió un premio. 2020 Mundo de la física Avance del año.

En 2021 Dias incluso fue nombrado como TIME100 Próximo innovador por su trabajo. "Seamos claros: las patinetas flotantes, los trenes de levitación magnética y las líneas eléctricas sin resistencia no llegarán ni este año ni el próximo", señaló Horario revista. "Pero gracias a RangaDias, están más cerca que nunca".  

Pero no todo fue lo que parecía. En 2021, los investigadores plantearon preocupaciones sobre algunos de los procesamientos de datos en el artículo, en particular la forma en que se había restado un fondo de las mediciones de resistencia para mostrar que la muestra caía a resistencia cero después de la temperatura de transición.

La temperatura está subiendo

Luego, en septiembre de 2022, los grupos Naturaleza el papel fue retractado. "Ahora hemos establecido que algunos pasos clave del procesamiento de datos, a saber, las restas de fondo aplicadas a los datos sin procesar utilizados para generar los gráficos de susceptibilidad magnética, utilizaron un procedimiento no estándar definido por el usuario", señaló una actualización editorial escrita por los autores. del documento original.

Los nueve autores del artículo no estuvieron de acuerdo con la decisión de Naturaleza retractarse, aunque la Universidad de Rochester inició tres investigaciones internas, dos de las cuales se completaron en mayo de 2022 y otra después de la retractación. Rochester anunció que las investigaciones no han encontrado pruebas de mala conducta pero no han dado a conocer detalles completos de las consultas.

Dias no se dejó intimidar y, después de dar su charla en la reunión de la APS de este año, Se publicó el trabajo de su equipo sobre Lu-N-H., de nuevo en Naturaleza (615 244)..

En abril, un Se publicó la lista de patentes de Dias como inventor. (aunque presentado en abril de 2022) para un material de hidruro de lutecio que puede ser superconductor a temperatura ambiente. Sin embargo, no se dieron detalles sobre la estequiometría exacta del material. Pero al igual que con el 2020 Naturaleza En el artículo, surgieron preguntas sobre la sustracción de antecedentes en el nuevo estudio.

También existía la preocupación de que la tasa de éxito declarada en la medición de la superconductividad a altas temperaturas en muestras de Lu-N-H fuera solo de alrededor del 35%, cuando se esperaría que todas las muestras elaboradas con una determinada receta fueran superconductoras para ayudar a la reproducibilidad.

Sigo pensando que la superconductividad de hidruro tiene buenas posibilidades de proporcionar eventualmente un superconductor en condiciones ambientales.

David Ceperley

Y cuando otros investigadores intentaron reproducir los hallazgos, fracasaron. Di Peng del Instituto de Física del Estado Sólido en Hefei, China, y sus colegas, por ejemplo, encontraron algunos signos de una transición alrededor de 240 K, pero sugieren que no son indicativos de superconductividad (arXiv: 2307.00201).

Los teóricos que intentaron explicar la superconductividad de alta temperatura también se encontraron con dificultades. Boeri y sus colegas demostraron recientemente que no sólo no pudieron identificar un solo compuesto en el diagrama de fases de Lu-N-H que pudiera explicar las extraordinarias afirmaciones de Dias, sino también que los hidruros de Lu-N-H son superconductores intrínsecamente de baja temperatura (Naturaleza Comun. 14 5367). “No existe ningún artículo teórico que encuentre una explicación plausible para los resultados de Dias”, afirma.

Sin embargo, el apoyo al trabajo de Dias provino de Hemley, quien ahora está en la Universidad de Illinois en Chicago. Habiendo recibido material preparado por el equipo de Dias, Hemley y sus colegas midieron la resistencia eléctrica de las muestras bajo varias presiones, encontrando evidencia de superconductividad de hasta 276 K a 15 kbar (arXiv: 2306.06301).

"Nuestras mediciones concuerdan excelentemente con lo que se informa en el Naturaleza papel”, dijo Hemley Mundo de la física. "Además, la magnitud de la caída es incluso mayor que la de los datos anteriores".

Hemley dice que los análisis teóricos que él y sus colegas han llevado a cabo muestran que la estructura electrónica de Lu-N-H es "notable" (ArXiv: 2305.18196).

"Con estos continuos descubrimientos, la búsqueda de superconductores que funcionen a temperatura ambiente o incluso por encima de ella, junto con la búsqueda de estabilizar estos materiales cerca de la presión ambiental, sigue siendo muy apasionante", añade.

La ciencia se verá afectada si no preservamos la integridad académica

Pero a Dias le esperaban más malas noticias. El 1 de septiembre de 2023. Naturaleza publicado una nota del editor alertando a los lectores que el artículo de Dias sobre Lu-N-H está siendo investigado.

"La confiabilidad de los datos presentados en este manuscrito está actualmente en duda". Naturaleza dicho. "Se tomarán las medidas editoriales apropiadas una vez que se resuelva este asunto".

De acuerdo con un informe en el Wall Street Journal A finales de septiembre, ocho de los 11 autores del artículo de Lu-N-H habían escrito a Tobias Rödel, editor senior de Naturaleza, solicitando la retractación del artículo, alegando que Dias “no ha actuado de buena fe en la preparación y presentación del manuscrito”.

Al parecer, Rödel les respondió a los pocos días señalando: "Estamos absolutamente de acuerdo con su solicitud de que se retire el documento". Hasta ahora, los únicos investigadores que se apegan a sus hallazgos son Dias y dos de sus actuales estudiantes de doctorado.

David Ceperley de la Universidad de Illinois, quien escribió un Artículo de noticias y vistas para Naturaleza sobre los resultados de Lu-N-H, dice estar “decepcionado” de que Naturaleza En primer lugar, no hizo un mejor trabajo al revisar el artículo.

"Sólo nos proporcionaron el manuscrito aceptado y no los archivos de datos ni los comentarios de los árbitros", afirma. "Solo después de que salió el artículo nos enteramos de algunos de los problemas que podrían haberse encontrado antes".

Pasando

Se desconoce qué pasará con el grupo de Dias. En agosto la Universidad de Rochester anunció que investiga nuevamente el trabajo de Dias, aunque se desconoce cuándo se completará esa investigación. “Desafortunadamente, el comportamiento desconsiderado de Dias ha dañado la reputación del campo y puede que sean necesarios algunos años para reparar el daño”, afirma Boeri.

Esa opinión está respaldada por el físico de la materia condensada. james hamlin de la Universidad de Florida, quien examinó algunos de los trabajos del grupo de Dias. "Creo que toda la saga es perjudicial para la ciencia en general, y la investigación sobre la superconductividad lo es aún más y, en términos más generales, es combustible para los tipos anticientíficos", dijo. Mundo de la física. "Podría tener un impacto en la financiación de la investigación de alta presión y eso sería desafortunado dado que ha sido un área tan fructífera con tantos desarrollos recientes e interesantes".

Hamlin también cree que las revistas de investigación científica deberían ampliar sus comunicaciones para incluir a todos los autores del artículo en lugar de solo al autor correspondiente cuando se plantea una posible mala conducta en la investigación. "Todos los autores están sujetos a posibles daños a su reputación por una acusación de mala conducta, por lo que todos los autores deben estar al tanto de las comunicaciones relevantes de los editores desde el principio", añade.

A pesar de estos problemas, el trabajo sobre los hidruros está avanzando. En julio, Guangtao Liu, de la Universidad de Jilin (China), y sus colegas encontraron superconductividad de hasta 110 K a una presión de 80 GPa en el hidruro ternario LaBeH.₈ (física Rev. Lett. 130 266001).

Por fin llega el superconductor a temperatura ambiente, un misterio para el detector de materia oscura

Aunque esta temperatura no es tan alta, estos compuestos ternarios son interesantes porque tienen una variedad potencial de estructuras más amplia que sus primos binarios, lo que podría ampliar los materiales disponibles para la superconductividad a alta temperatura. "El campo [de la investigación de hidruros] es saludable y tiene el potencial de producir muchos más resultados innovadores en el futuro", añade Boeri.

Ceperley está de acuerdo. "Sigo pensando que la superconductividad de hidruros tiene muchas posibilidades de proporcionar eventualmente un superconductor en condiciones ambientales, lo que tendría amplias aplicaciones tecnológicas", señala. "El espacio de posibles compuestos y métodos de fabricación es tan amplio que puede llevar algún tiempo encontrarlos".

En cuanto a Dias, declinó hacer comentarios para este artículo aunque en comentarios anteriores a los medios dijo que mantenía sus resultados.

En julio Mundo de la física Incluso se ofreció a publicar una entrevista con Dias y le envió una serie de preguntas escritas a través de Punto 30, una agencia de relaciones públicas con sede en Estados Unidos que actúa en nombre de Dias. A pesar de haber aceptado responder las preguntas, Dias luego se retiró de la entrevista.

Mundo de la física Desde entonces se ha enterado de que 30 Point ya no trabaja con Dias.

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