מוליכות-על 'נפגעה' כאשר חוקרים מחפשים לעבור מנסיגות - עולם הפיזיקה

"אני הולך להציג חומר חדש בפעם הראשונה." כך אמר הפיזיקאי של החומר המעובה רנגה דיאס לחדר ישיבות עמוס ב- מפגש מרץ של האגודה האמריקנית לפיזיקה בלאס וגאס מוקדם יותר השנה. החומר המדובר היה לוטטיום הידריד המסומם בחנקן, או Lu-NH, ודיאס המשיך ותיאר מדידות בטענה שראה ראיות למוליכות-על ב-294 K (20 מעלות צלזיוס) יוצאת דופן בלחץ של 1 GPa (10) kbar).

מבוסס באוניברסיטת רוצ'סטר בארה"ב, דיאס טען כי צפה בחתימות רבות של מוליכות-על כמו ההתנגדות החשמלית יורדת לאפס בטמפרטורת מעבר מסוימת והחומר המוציא קווי שדה מגנטי. הוא ועמיתיו גם מדדו את החום הסגולי של המדגם, שהראה תגובה אופיינית בטמפרטורת המעבר.

נראה כי הממצא שלהם סימן את שיאו של מסע בן מאה שנים בפיזיקה של החומר המעובה: החיפוש אחר חומרים המוליכים-על בתנאי סביבה. אולם בעקבות ההרצאה איש לא דיבר מילה ולא הייתה חגיגה פרועה. דיאס פשוט סיים את דבריו והעביר את המיקרופון לרמקול הבא.

חבר מהקהל שאל אם יהיו שאלות. "אין לנו זמן," הגיבה יו"ר הישיבה, Minta Akin, מהמעבדה הלאומית של לורנס ליברמור, תשובתה התקבלה באנקה נשמעת מהחדר.

האווירה נראתה שונה מאוד מפגישה קודמת של APS במרץ בשנת 1987 - ה"וודסטוק של הפיזיקה" המפורסם בעיר ניו יורק שהתרחש מיד לאחר שהתגלו מוליכים הראשונים בטמפרטורה גבוהה.

אז הפיזיקאים גאורג בדנורז ו אלכס מולר הצית את עולם הפיזיקה של החומר המעובה לאחר שגילה שנה קודם לכן שחומר המכיל תחמוצת נחושת, לנתנום ובריום נעשה מוליך-על בסביבות 35 K. זה היה גבוה בכ-50% מהשיא הקודם של 23 K שהושג יותר מעשור קודם לכן בניוביום-גרמניום (Nb₃Ge).

חומרי ה"קופראט" החדשים גרמו לבזז כזה מכיוון שהם לא היו מתכות אלא מבודדים והם הציעו את האפשרות למצוא סטואכיומטריות ותרכובות חדשות שעלולות להגיע לטמפרטורות מעבר גבוהות עוד יותר.

מוליך-על בטמפרטורת החדר היה הגביע הקדוש, שהחזיק את התקווה למגוון רחב של יישומים מרשתות אנרגיה יעילות במיוחד ועד ליישומים רפואיים הדורשים מגנטים רבי עוצמה.

בדנורץ ומולר זכו מאוחר יותר בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1987 על התגלית ובעשורים שלאחר מכן יצרו חוקרים תרכובות חדשות מבוססות קופרט שהגיעו לטמפרטורות מעבר של 133 K בלחץ הסביבה ו-166 K בלחץ של כ-30 GPa.

מקופרטים ועד הידרידים

בזמן שהקופראטים היו ה הלכה למעשה מלכים מוליכי-על בעשורים האחרונים, שכולם החלו להשתנות באמצע שנות ה-2010. בשנת 2015 מיכאיל ארמטס ועמיתים במכון מקס פלנק לכימיה ובאוניברסיטת יוהנס גוטנברג מיינץ, שניהם בגרמניה, צפו מוליכות-על ב-203 K בדגימה של מימן גופרתי.

למרות שהיה צורך לסחוט את החומר ל-150 GPa (טבע 525 73), בשנת 2018 קבוצה בראשות ראסל המלי, אז באוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון בארה"ב, דיווח על מוליכות-על ב-260 K בלנטנום-סופרהידריד, אם כי עדיין תחת לחצים של למעלה מ-180 GPa, עבודה שפורסמה ב-2019 (פיז. הכומר לט. 122 027001).

באותה שנה הצוות של ארמטס דיווח על מוליכות-על בטמפרטורות של עד 250 K  בלנטנום הידריד ב-170 GPa (טבע 569 528).

העבודה על מה שנקרא הידרידים בינארים אלה - תרכובות המכילות מימן ואלמנט אחד נוסף כמו מימן גופרתי - עוררה "בהלה לזהב" בחיפוש אחר מוליכים בטמפרטורה גבוהה.

אבל מה שהיה הכי מרגש הוא שהם נחזו לחלוטין מחישובי עקרונות ראשונים, כשהתיאוריה מתאימה כמעט בצורה מושלמת לניסוי.

ההתנהגות הלא מתחשבת של דיאס פגעה במוניטין של התחום וייתכן שייקח כמה שנים לתקן את הנזק

ליליה בורי

"ההידרידים היו כנראה התגלית המרגשת ביותר במוליכות-על אחרי ה-cuprates, וסיפור הצלחה מדהים של יחסי הגומלין בין תיאוריה לניסוי", אומר פיזיקאי תיאורטי. ליליה בורי מאוניברסיטת רומא לה סאפיינזה.

דיאס ועמיתיו נכנסו למשחק מוליכות-על בטמפרטורה גבוהה בשנת 2020. בעזרת הניסיון שלו בסחיטת מימן ללחץ גבוה (ראה מסגרת למטה), הקבוצה של דיאס פרסם מאמר על הידריד גופרית פחמני שהתיימר להראות מוליכות-על ב-288 K בלחץ של כ-260 GPa (טבע 586 373).

בערך באותו זמן דיאס ייסד חברה - Unearthly Materials - למסחר מוליכים בטמפרטורת החדר, ובאותה שנה זכתה העבודה ב- 2020 עולם הפיזיקה פריצת הדרך של השנה.

בשנת 2021 דיאס אף נקראה בתור א TIME100 החדשן הבא לעבודתו. "בואו נהיה ברורים: לוחות רחף, רכבות ריחוף מגנטיות וקווי חשמל נטולי התנגדות לא מגיעים השנה או הבאה", ציין זְמַן מגזין. "אבל הודות לרנגה דיאס, הם קרובים יותר ממה שהם היו אי פעם."  

אבל לא הכל היה כפי שנראה. בשנת 2021 הועלו חששות על ידי חוקרים לגבי חלק מעיבוד הנתונים במאמר, במיוחד האופן שבו הורחק רקע ממדידות ההתנגדות כדי להראות שהדגימה יורדת לאפס התנגדות לאחר טמפרטורת המעבר.

הטמפרטורה עולה

ואז, בספטמבר 2022, של הקבוצה טבע הנייר חזר בו. "עכשיו קבענו שכמה שלבי עיבוד נתונים מרכזיים - כלומר, חיסור הרקע שהופעל על הנתונים הגולמיים המשמשים ליצירת עלילות הרגישות המגנטיות - השתמשו בהליך לא סטנדרטי ומוגדר על ידי משתמש", ציין עדכון עריכה שנכתב על ידי המחברים של הנייר המקורי.

כל תשעת המחברים בעיתון לא הסכימו עם ההחלטה של טבע לחזור בו, למרות שאוניברסיטת רוצ'סטר החלה בשלוש בדיקות פנימיות, שתיים מהן הושלמו במאי 2022, ועוד אחת לאחר החזרה. רוצ'סטר הודיע ​​כי החקירות לא מצאו ראיות להתנהגות בלתי הולמת אך לא פרסמו פירוט מלא של הבירורים.

דיאס לא נרתע, ולאחר שנשא את הרצאתו בישיבת ה-APS השנה, עבודת הצוות שלו על Lu-NH פורסמה, שוב פנימה טבע (615 244).

באפריל, א פורסם בפטנט של Dias כממציא (למרות שהוגש באפריל 2022) עבור חומר לוטטיום הידריד שיכול להוביל-על בטמפרטורת החדר. עם זאת, לא נמסרו פרטים על הסטוכיומטריה המדויקת של החומר. אבל בדיוק כמו ב-2020 טבע נייר, הועלו שאלות סביב חיסור הרקע במחקר החדש.

היו גם חששות ששיעור ההצלחה המוצהר של מדידת מוליכות-על בטמפרטורות גבוהות בדגימות Lu-NH היה רק ​​כ-35%, כאשר אפשר לקוות שכל הדגימות שנעשו לפי מתכון מסוים יהיו מוליכות-על כדי לסייע לשחזור.

אני עדיין מרגיש שלמוליכות-הידריד יש סיכוי טוב לספק בסופו של דבר מוליך-על בתנאי הסביבה

דיוויד צפרלי

וכאשר חוקרים אחרים ניסו לשחזר את הממצאים, הם נכשלו. די פנג מהמכון לפיזיקת מצב מוצק בהפאי, סין, ועמיתיו, למשל, מצאו כמה סימנים למעבר בערך 240 K, אך מציעים שהם אינם מעידים על מוליכות-על (arXiv: 2307.00201).

תיאורטיקנים שניסו להסביר את מוליכות העל בטמפרטורה גבוהה מצאו את עצמם גם הם נאבקים. בורי ועמיתיו הראו לאחרונה שלא רק שהם לא יכלו לזהות תרכובת אחת בתרשים פאזה של Lu-NH שיכולה להסביר את הטענות יוצאות הדופן של דיאס, אלא גם שהידרידים של Lu-NH הם מוליכים בעלי טמפרטורה נמוכה באופן מהותי (קהילת הטבע. 14 5367). "אין מאמר תיאורטי אחד שמוצא הסבר הגיוני לתוצאות של דיאס", היא אומרת.

התמיכה בעבודתו של דיאס, לעומת זאת, הגיעה מהמלי, שנמצא כעת באוניברסיטת אילינוי בשיקגו. לאחר שקיבלו חומר שהוכן על ידי הצוות של דיאס, המלי ועמיתיו מדדו את ההתנגדות החשמלית של הדגימות בלחצים שונים, ומצאו עדויות למוליכות-על גבוהה עד 276 K ב-15 kbar (arXiv: 2306.06301).

"המדידות שלנו מתאימות מצוין למה שדווח ב- טבע נייר," אמר המלי עולם הפיזיקה. "יתרה מכך, עוצמת הירידה גדולה אפילו מזו של הנתונים הקודמים".

המלי אומר שניתוח תיאורטי שהוא ועמיתיו ביצעו מראים שהמבנה האלקטרוני של Lu-NH הוא "מדהים" (arXiv: 2305.18196).

"עם התגליות המתמשכות הללו, המרדף אחר מוליכים שמתפקדים בטמפרטורת החדר או אפילו מעליו, יחד עם השאיפה לייצוב חומרים אלה בסמוך ללחץ הסביבה, נותר מרגש מאוד", הוא מוסיף.

המדע יסבול אם לא נצליח לשמור על היושרה האקדמית

אבל היו חדשות רעות נוספות לקראת דיאס. ב-1 בספטמבר 2023 טבע לאור הערת עורך מתריע לקוראים על כך שהעיתון Lu-NH של דיאס נחקר.

"מהימנות הנתונים המוצגים בכתב יד זה מוטלת כעת בספק," טבע אמר. "נקיטת פעולות עריכה מתאימות לאחר שהעניין ייפתר".

על פי דיווח ב Wall Street Journal בסוף ספטמבר, שמונה מתוך 11 מחברי העיתון Lu-NH כתבו לטוביאס רודל, עורך בכיר ב- טבע, בבקשה לבטל את העיתון, בטענה שדיאס "לא פעל בתום לב בכל הנוגע להכנת כתב היד ולהגשתו".

ככל הנראה, רודל השיב להם תוך מספר ימים וציין: "אנו מסכימים באופן מוחלט עם בקשתכם לבטל את הנייר". עד כה, החוקרים היחידים שדבקו בממצאיהם הם דיאס ושניים מתלמידי הדוקטורט הנוכחיים שלו.

דיוויד צפרלי מאוניברסיטת אילינוי, שכתב את א מאמר חדשות וצפיות עבור טבע לגבי תוצאות Lu-NH, אומר שהוא "מאוכזב" מכך טבע לא עשה עבודה טובה יותר בסקירת המאמר מלכתחילה.

"סיפקנו רק את כתב היד המקובל ולא את קבצי הנתונים או הערות השופטים", הוא אומר. "רק לאחר יציאת העיתון נודע לנו על כמה מהבעיות שניתן היה למצוא מוקדם יותר".

ממשיך הלאה

מה יקרה לגבי הקבוצה של דיאס לא ידוע. באוגוסט אוניברסיטת רוצ'סטר הודיעה שהיא חוקרת שוב את עבודתו של דיאס, אם כי לא ידוע מתי החקירה תושלם. "למרבה הצער, ההתנהגות הלא מתחשבת של דיאס פגעה במוניטין של התחום וייתכן שייקח כמה שנים לתקן את הנזק", אומר בורי.

השקפה זו מגובה על ידי פיזיקאי חומר דחוס ג'יימס המלין מאוניברסיטת פלורידה, שבדקה חלק מהעבודות של קבוצת דיאס. "אני כן חושב שכל הסאגה מזיקה למדע באופן כללי, ומחקר מוליכות-על יותר ויותר באופן רחב יותר הוא דלק עבור טיפוסים אנטי-מדעיים", אמר. עולם הפיזיקה. "יכולה להיות לזה השפעה על מימון מחקר בלחץ גבוה וזה יהיה מצער בהתחשב בעובדה שזה היה תחום כל כך פורה עם כל כך הרבה התפתחויות מרגשות לאחרונה."

המלין גם חושב שעיתוני מחקר מדעיים צריכים להרחיב את התקשורת שלהם כך שיכלול את כל מחברי המאמר ולא רק את המחבר המקביל כאשר מועלית התנהגות בלתי הולמת מחקרית אפשרית. "כל הכותבים נתונים לפגיעה פוטנציאלית במוניטין מאשמת התנהגות בלתי הולמת, ולכן כל המחברים צריכים להיות מודעים לתקשורת הרלוונטית של העורכים מההתחלה", הוא מוסיף.

למרות הבעיות הללו, העבודה על ההידרידים מתקדמת. ביולי גואנגטאו ליו מאוניברסיטת ג'ילין, סין, ועמיתיו מצאו מוליכות-על של עד 110 K בלחץ של 80 GPa בהידריד הטרינרי LaBeH₈ (פיז. הכומר לט. 130 266001).

סוף סוף מגיע מוליך-על בטמפרטורת החדר, תעלומת גלאי חומר אפל

למרות שהטמפרטורה הזו לא כל כך גבוהה, התרכובות הטרינריות הללו מרגשות מכיוון שיש להן מגוון פוטנציאלי רחב יותר של מבנים מאשר בני הדודים הבינאריים שלהן, מה שיכול להרחיב את החומרים הזמינים עבור מוליכות-על בטמפרטורה גבוהה. "התחום [של מחקר ההידריד] בריא ויש לו פוטנציאל להניב תוצאות פורצות דרך רבות יותר בעתיד", מוסיף בורי.

צפרלי מסכים. "אני עדיין מרגיש שלמוליכות-הידריד יש סיכוי טוב לספק בסופו של דבר מוליך-על בתנאי סביבה, שיהיו להם יישומים טכנולוגיים עצומים", הוא מציין. "המרחב של תרכובות אפשריות ושיטות ייצור הוא כל כך עצום שעשוי לקחת קצת זמן למצוא אותם."

באשר לדיאס, הוא סירב להגיב לכתבה זו למרות שבתגובות קודמות בתקשורת אמר שהוא עומד בתוצאותיו.

ביולי עולם הפיזיקה אפילו הציע לפרסם ראיון עם דיאס ושלח לו סט שאלות כתובות באמצעות נקודת 30, סוכנות יחסי ציבור בארה"ב הפועלת בשמו של דיאס. למרות שהסכים לענות על השאלות, דיאס פרשה מאוחר יותר מהראיון.

עולם הפיזיקה מאז נודע ש-30 Point כבר לא עובדת עם Dias.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/