La supraconductivité est « endommagée » alors que les chercheurs cherchent à sortir des rétractions – Physics World

"Je vais présenter un nouveau matériau pour la première fois." C'est ce qu'a dit le physicien de la matière condensée Ranga Dias dans une salle de conférence bondée au Réunion de mars de l'American Physical Society à Las Vegas plus tôt cette année. Le matériau en question était de l'hydrure de lutétium dopé à l'azote, ou Lu-NH, et Dias a ensuite décrit des mesures affirmant avoir mis en évidence des preuves de supraconductivité à une température remarquable de 294 K (une température douce de 20 °C) sous une pression de 1 GPa (10 kbar).

Basé à l'Université de Rochester aux États-Unis, Dias affirme avoir observé de nombreuses signatures de supraconductivité telles que la résistance électrique tombant à zéro à une température de transition particulière et le matériau expulsant les lignes de champ magnétique. Lui et ses collègues ont également mesuré la chaleur spécifique de l'échantillon, qui a montré une réponse caractéristique à la température de transition.

Leur découverte semble marquer le point culminant d’une quête d’un siècle en physique de la matière condensée : la recherche de matériaux supraconducteurs dans des conditions ambiantes. Pourtant, après le discours, personne n’a prononcé un mot et il n’y a pas eu de célébration sauvage. Dias a simplement terminé son discours et a passé le micro à l'orateur suivant.

Un membre du public a demandé s'il y aurait des questions. "Nous n'avons pas le temps", a répondu Minta Akin, présidente de la séance, du Laboratoire national Lawrence Livermore, sa réponse étant accueillie par un gémissement audible venant de la salle.

L’atmosphère semblait très différente de celle d’une précédente réunion de l’APS en mars 1987 – le fameux « Woodstock de la physique » à New York qui avait eu lieu juste après la découverte des premiers supraconducteurs à haute température.

A l'époque, les physiciens Georg Bednorz et Alex Muller avait mis le feu au monde de la physique de la matière condensée après avoir découvert l'année précédente qu'un matériau contenant de l'oxyde de cuivre, du lanthane et du baryum devenait supraconducteur à environ 35 K. C'était environ 50 % de plus que le précédent record de 23 K qui avait été atteint il y a plus de XNUMX ans. qu'une décennie plus tôt dans le niobium-germanium (Nb₃Ge).

Les nouveaux matériaux « cuprates » ont suscité un tel buzz car il ne s'agissait pas de métaux mais d'isolants et ils offraient la possibilité de trouver de nouvelles stœchiométries et de nouveaux composés susceptibles d'atteindre des températures de transition encore plus élevées.

Un supraconducteur à température ambiante était le Saint Graal, laissant espérer un large éventail d’applications allant des réseaux énergétiques ultra-efficaces aux applications médicales nécessitant des aimants puissants.

Bednorz et Müller ont ensuite remporté le prix Nobel de physique en 1987 pour cette découverte et, dans les décennies qui ont suivi, les chercheurs ont créé de nouveaux composés à base de cuprate atteignant des températures de transition de 133 K à pression ambiante et de 166 K à une pression d'environ 30 GPa.

Des cuprates aux hydrures

Alors que les cuprates étaient les de facto supraconducteurs au cours des deux dernières décennies, tout a commencé à changer au milieu des années 2010. En 2015 Mikhaïl Eremets et des collègues de l'Institut Max Planck de chimie et de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence, tous deux en Allemagne, ont observé une supraconductivité à 203 K dans un échantillon de sulfure d'hydrogène.

Bien que le matériau doive être pressé à 150 GPa (Nature 525 73), en 2018 un groupe dirigé par Russel Hemley, alors à l'Université George Washington aux États-Unis, a signalé une supraconductivité à 260 K dans le superhydrure de lanthane, bien que toujours sous des pressions supérieures à 180 GPa, travaux publiés en 2019 (Phys. Rév. Lett. 122 027001).

La même année, l'équipe d'Eremets a signalé une supraconductivité à des températures allant jusqu'à 250 K  dans l'hydrure de lanthane à 170 GPa (Nature 569 528).

Les travaux sur ces hydrures dits binaires – des composés qui contiennent de l’hydrogène et un autre élément tel que le sulfure d’hydrogène – ont déclenché une « ruée vers l’or » dans la recherche de supraconducteurs à haute température.

Mais ce qui était le plus excitant, c’est qu’ils ont été entièrement prédits à partir de calculs fondés sur les premiers principes, la théorie s’accordant presque parfaitement avec l’expérience.

Le comportement inconsidéré de Dias a nui à la réputation du secteur et il faudra peut-être quelques années pour réparer les dégâts.

Lilia Boeri

"Les hydrures ont probablement été la découverte la plus passionnante en matière de supraconductivité après les cuprates, et une étonnante réussite de l'interaction entre la théorie et l'expérience", déclare le physicien théoricien. Lilia Boeri de l'Université de Rome La Sapienza.

Dias et ses collègues sont entrés dans le jeu de la supraconductivité à haute température en 2020. Grâce à son expérience dans la compression de l'hydrogène à haute pression (voir encadré ci-dessous), le groupe de Dias a publié un article sur l'hydrure de soufre carboné qui prétendait montrer une supraconductivité à 288 K sous une pression d'environ 260 GPa (Nature 586 373).

À peu près à la même époque, Dias a cofondé une entreprise – Unearthly Materials – pour commercialiser des supraconducteurs à température ambiante et cette année-là, ses travaux ont reçu un prix. 2020 Monde de la physique Percée de l'année.

En 2021, Dias a même été nommé TIME100 Prochain innovateur pour son travail. "Soyons clairs : les hoverboards, les trains à sustentation magnétique et les lignes électriques sans résistance n'arriveront pas cette année ni l'année prochaine", a noté Temps revue. "Mais grâce à Ranga Dias, ils sont plus proches qu'ils ne l'ont jamais été."  

Mais tout n’était pas comme il semblait. En 2021, des chercheurs ont soulevé des inquiétudes concernant certains traitements de données dans l'article, en particulier la manière dont un arrière-plan avait été soustrait des mesures de résistance pour montrer que l'échantillon tombait à une résistance nulle après la température de transition.

La température augmente

Puis, en septembre 2022, le groupe Nature le papier a été rétracté. "Nous avons maintenant établi que certaines étapes clés du traitement des données - à savoir les soustractions de fond appliquées aux données brutes utilisées pour générer les tracés de susceptibilité magnétique - utilisaient une procédure non standard définie par l'utilisateur", notent une mise à jour éditoriale rédigée par les auteurs. du papier original.

Les neuf auteurs de l'article étaient en désaccord avec la décision de Nature de se rétracter, bien que l'Université de Rochester ait lancé trois enquêtes internes, dont deux ont été achevées en mai 2022 et une autre après la rétractation. Rochester a annoncé que les enquêtes n'avaient trouvé aucune preuve d'inconduite mais n'avaient pas publié tous les détails des enquêtes.

Dias n'a pas été découragé et, après avoir prononcé son discours lors de la réunion de l'APS cette année, les travaux de son équipe sur Lu-NH ont été publiés, encore une fois dans Nature (615 244).

En avril, un le brevet répertoriant Dias comme inventeur a été publié (bien que déposé en avril 2022) pour un matériau hydrure de lutétium capable de supraconducteur à température ambiante. Aucun détail sur la stœchiométrie exacte du matériau n’a cependant été donné. Mais tout comme pour le 2020 Nature papier, des questions ont été soulevées autour de la soustraction de fond dans la nouvelle étude.

On craignait également que le taux de réussite déclaré de la mesure de la supraconductivité à haute température dans des échantillons de Lu-NH n'était que d'environ 35 %, alors que l'on espérait que tous les échantillons fabriqués selon une certaine recette seraient supraconducteurs pour faciliter la reproductibilité.

Je pense toujours que la supraconductivité des hydrures a de bonnes chances de fournir à terme un supraconducteur dans des conditions ambiantes.

David Céperley

Et lorsque d’autres chercheurs ont tenté de reproduire les résultats, ils ont échoué. Di Peng de l'Institut de physique du solide à Hefei, en Chine, et ses collègues, par exemple, ont trouvé des signes de transition à environ 240 K, mais suggèrent qu'ils ne sont pas révélateurs d'une supraconductivité (arXiv: 2307.00201).

Les théoriciens qui ont tenté d’expliquer la supraconductivité à haute température se sont également retrouvés en difficulté. Boeri et ses collègues ont récemment montré que non seulement ils ne pouvaient pas identifier un seul composé dans le diagramme de phase Lu-NH qui pourrait expliquer les affirmations extraordinaires de Dias, mais aussi que les hydrures de Lu-NH sont intrinsèquement des supraconducteurs à basse température (Nature Commune. 14 5367). « Il n'existe aucun article théorique unique qui trouve une explication plausible aux résultats de Dias », dit-elle.

Le soutien au travail de Dias est cependant venu de Hemley, qui travaille maintenant à l'Université de l'Illinois à Chicago. Ayant reçu du matériel préparé par l'équipe de Dias, Hemley et ses collègues ont mesuré la résistance électrique des échantillons sous diverses pressions, trouvant des preuves d'une supraconductivité aussi élevée que 276 K à 15 kbar (arXiv: 2306.06301).

"Nos mesures sont en excellent accord avec ce qui est rapporté dans le Nature papier », a déclaré Hemley Monde de la physique. "De plus, l'ampleur de la baisse est encore plus importante que celle des données précédentes."

Hemley dit que l'analyse théorique que lui et ses collègues ont effectuée montre que la structure électronique du Lu-NH est « remarquable » (arXiv : 2305.18196).

"Avec ces découvertes continues, la recherche de supraconducteurs fonctionnant à température ambiante ou même au-dessus, ainsi que la recherche de la stabilisation de ces matériaux à proximité de la pression ambiante, restent très passionnantes", ajoute-t-il.

La science souffrira si nous ne parvenons pas à préserver l’intégrité académique

Mais d’autres mauvaises nouvelles attendaient Dias. Le 1er septembre 2023 Nature publié une note de l'éditeur alertant les lecteurs que l'article Lu-NH de Dias fait l'objet d'une enquête.

"La fiabilité des données présentées dans ce manuscrit est actuellement remise en question." Nature dit. "Des mesures éditoriales appropriées seront prises une fois que cette question sera résolue."

Selon un rapport de la Wall Street Journal fin septembre, huit des onze auteurs du journal Lu-NH avaient écrit à Tobias Rödel, rédacteur en chef de Nature, demandant que l'article soit rétracté, affirmant que Dias « n'a pas agi de bonne foi en ce qui concerne la préparation et la soumission du manuscrit ».

Apparemment, Rödel leur a répondu quelques jours plus tard en indiquant : « Nous sommes absolument d'accord avec votre demande de retrait du document. » Jusqu’à présent, les seuls chercheurs à s’en tenir à leurs conclusions sont Dias et deux de ses doctorants actuels.

David Céperley de l'Université de l'Illinois, qui a rédigé un Article d'actualité et d'opinions pour Nature à propos des résultats du Lu-NH, se dit « déçu » que Nature n'a pas fait un meilleur travail en révisant le document en premier lieu.

« Nous n'avons reçu que le manuscrit accepté, et non les fichiers de données ou les commentaires des évaluateurs », dit-il. « Ce n’est qu’après la publication du document que nous avons pris connaissance de certains problèmes qui auraient pu être découverts plus tôt. »

Passant

On ne sait pas ce qui va se passer concernant le groupe de Dias. En août, l'Université de Rochester a annoncé qu'il enquêtait à nouveau sur le travail de Dias, même si on ne sait pas quand cette enquête sera terminée. "Malheureusement, le comportement inconsidéré de Dias a nui à la réputation du secteur et il faudra peut-être quelques années pour réparer les dégâts", déclare Boeri.

Ce point de vue est soutenu par le physicien de la matière condensée James Hamlin de l'Université de Floride, qui a examiné certains travaux du groupe de Dias. "Je pense que toute cette saga est préjudiciable à la science en général, et plus encore à la recherche sur la supraconductivité, et plus largement, elle alimente les types anti-science", a-t-il déclaré. Monde de la physique. "Cela pourrait avoir un impact sur le financement de la recherche sous haute pression et ce serait regrettable étant donné qu'il s'agit d'un domaine très fructueux avec de nombreux développements récents passionnants."

Hamlin pense également que les revues de recherche scientifique devraient élargir leurs communications pour inclure tous les auteurs de l'article plutôt que seulement l'auteur correspondant lorsqu'une mauvaise conduite potentielle en recherche est soulevée. « Tous les auteurs sont sujets à une atteinte potentielle à leur réputation suite à une allégation de mauvaise conduite, c'est pourquoi tous les auteurs devraient être informés des communications pertinentes des éditeurs dès le début », ajoute-t-il.

Malgré ces problèmes, les travaux sur les hydrures progressent. En juillet, Guangtao Liu de l'Université de Jilin, en Chine, et ses collègues ont découvert une supraconductivité allant jusqu'à 110 K à une pression de 80 GPa dans l'hydrure ternaire LaBeH.₈ (Phys. Rév. Lett. 130 266001).

Un supraconducteur à température ambiante arrive enfin, un mystère du détecteur de matière noire

Bien que cette température ne soit pas si élevée, ces composés ternaires sont intéressants car ils possèdent une plus grande variété potentielle de structures que leurs cousins ​​binaires, ce qui pourrait élargir les matériaux disponibles pour la supraconductivité à haute température. "Le domaine [de la recherche sur les hydrures] est sain et a le potentiel de produire de nombreux autres résultats révolutionnaires à l'avenir", ajoute Boeri.

Ceperley est d'accord. "Je pense toujours que la supraconductivité des hydrures a de bonnes chances de fournir à terme un supraconducteur dans des conditions ambiantes, ce qui aurait de vastes applications technologiques", note-t-il. "L'espace des composés possibles et des méthodes de fabrication est si vaste qu'il faudra peut-être un certain temps pour les trouver."

Quant à Dias, il a refusé de commenter cet article, bien que dans des commentaires précédents dans les médias, il ait déclaré qu'il maintenait ses résultats.

En juillet Monde de la physique a même proposé de publier une interview de Dias et lui a envoyé une série de questions écrites via Point 30, une agence de relations publiques basée aux États-Unis agissant pour le compte de Dias. Bien qu’il ait accepté de répondre aux questions, Dias s’est ensuite retiré de l’entretien.

Monde de la physique a appris depuis que 30 Point ne fonctionne plus avec Dias.

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• La source: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/