Supergeleiding 'beschadigd' terwijl onderzoekers proberen verder te komen met terugtrekkingen - Physics World

“Ik ga voor het eerst een nieuw materiaal introduceren.” Dat zei de natuurkundige van de gecondenseerde materie Ranga Dias naar een bomvolle vergaderzaal aan de Maartbijeenkomst van de American Physical Society in Las Vegas eerder dit jaar. Het materiaal in kwestie was met stikstof gedoteerd lutetiumhydride, of Lu-NH, en Dias beschreef vervolgens metingen waarin hij beweerde bewijs te hebben gezien voor supergeleiding bij een opmerkelijke 294 K (een zwoele 20 °C) onder een druk van 1 GPa (10 °C). kbar).

Dias, gevestigd aan de Universiteit van Rochester in de VS, beweerde veel kenmerken van supergeleiding te hebben waargenomen, zoals de elektrische weerstand die bij een bepaalde overgangstemperatuur tot nul daalt en het materiaal dat magnetische veldlijnen uitdrijft. Hij en zijn collega's maten ook de soortelijke warmte van het monster, die een karakteristieke respons vertoonde bij de overgangstemperatuur.

Hun bevindingen leken het hoogtepunt te markeren van een eeuwenlange zoektocht in de fysica van de gecondenseerde materie: de zoektocht naar materialen die supergeleidend zijn onder omgevingsomstandigheden. Toch sprak niemand na de lezing een woord en werd er geen wild feest gevierd. Dias beëindigde eenvoudigweg zijn toespraak en gaf de microfoon door aan de volgende spreker.

Iemand uit het publiek vroeg of er vragen zouden zijn. “We hebben geen tijd,” antwoordde sessievoorzitter Minta Akin van het Lawrence Livermore National Laboratory, en haar antwoord werd begroet met een hoorbaar gekreun uit de kamer.

De sfeer leek heel anders dan tijdens een eerdere APS-bijeenkomst in maart in 1987 – de beroemde ‘Woodstock of Physics’ in New York City, die plaatsvond vlak nadat de eerste hoge-temperatuur-supergeleiders waren ontdekt.

Destijds waren de natuurkundigen Georg Bednorz en Alex Muller had de wereld van de fysica van de gecondenseerde materie in vuur en vlam gezet nadat hij een jaar eerder had ontdekt dat een materiaal dat koperoxide, lanthaan en barium bevat, supergeleidend werd bij ongeveer 35 K. Dit was zo'n 50% hoger dan het vorige record van 23 K, dat meer was bereikt. dan tien jaar eerder in niobium-germanium (Nb₃Ge).

De nieuwe ‘cuprate’-materialen veroorzaakten zoveel ophef omdat het geen metalen waren maar isolatoren en ze de mogelijkheid boden om nieuwe stoichiometrieën en verbindingen te vinden die potentieel nog hogere overgangstemperaturen zouden kunnen bereiken.

Een supergeleider op kamertemperatuur was de heilige graal en bood hoop op een breed scala aan toepassingen, van ultra-efficiënte energienetwerken tot medische toepassingen waarvoor krachtige magneten nodig zijn.

Bednorz en Müller wonnen later in 1987 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor de ontdekking en in de decennia die volgden creëerden onderzoekers nieuwe op cupraat gebaseerde verbindingen die overgangstemperaturen bereikten van 133 K bij omgevingsdruk en 166 K bij een druk van ongeveer 30 GPa.

Van cupraten tot hydriden

Terwijl de cuprates de de facto supergeleidende koningen van de afgelopen decennia, dat allemaal halverwege de jaren 2010 begon te veranderen. In 2015 Michail Eremets en collega's van het Max Planck Instituut voor Chemie en de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz, beide in Duitsland, observeerden supergeleiding bij 203 K in een monster waterstofsulfide.

Hoewel het materiaal tot 150 GPa moest worden geperst (NATUUR 525 73), in 2018 een groep onder leiding van Russel Hemley, destijds aan de George Washington Universiteit in de VS, rapporteerde supergeleiding bij 260 K in lanthaansuperhydride, zij het nog steeds onder druk van meer dan 180 GPa, werk dat in 2019 werd gepubliceerd (Fys. ds. Lett. 122 027001).

Datzelfde jaar rapporteerde het team van Eremets supergeleiding bij temperaturen tot 250 K  in lanthaanhydride bij 170 GPa (NATUUR 569 528).

Het werk aan deze zogenaamde binaire hydriden – verbindingen die waterstof en een ander element zoals waterstofsulfide bevatten – leidde tot een ‘goudkoorts’ in de zoektocht naar supergeleiders voor hoge temperaturen.

Maar het meest opwindende was dat ze volledig werden voorspeld op basis van berekeningen uit de eerste beginselen, waarbij de theorie vrijwel perfect overeenkwam met het experiment.

Het onachtzame gedrag van Dias heeft de reputatie van het veld geschaad en het kan een paar jaar duren om de schade te herstellen

Lilia Boeri

“De hydriden zijn na de cuprates waarschijnlijk de meest opwindende ontdekking op het gebied van supergeleiding geweest, en een verbazingwekkend succesverhaal van de wisselwerking tussen theorie en experiment”, zegt theoretisch natuurkundige Lilia Boeri van de Universiteit van Rome La Sapienza.

Dias en zijn collega's deden in 2020 mee aan het spel van supergeleiding bij hoge temperaturen. Gebruikmakend van zijn ervaring met het samenpersen van waterstof tot hoge druk (zie kader hieronder), heeft de groep van Dias publiceerde een artikel over koolstofhoudend zwavelhydride dat beweerde supergeleiding te vertonen bij 288 K onder een druk van ongeveer 260 GPa (NATUUR 586 373).

Rond dezelfde tijd was Dias medeoprichter van een bedrijf – Unearthly Materials – om supergeleiders op kamertemperatuur op de markt te brengen, en dat jaar kreeg het werk een prijs toegekend. 2020 Natuurkunde wereld Doorbraak van het jaar.

In 2021 werd Dias zelfs genoemd als TIME100 Volgende vernieuwer voor zijn werk. “Laten we duidelijk zijn: hoverboards, magnetische levitatietreinen en weerstandsvrije elektriciteitsleidingen komen dit jaar en volgend jaar niet”, aldus Tijd tijdschrift. “Maar dankzij Ranga Dias zijn ze dichterbij dan ooit.”  

Maar niet alles was wat het leek. In 2021 uitten onderzoekers zorgen over een deel van de gegevensverwerking in het artikel, met name de manier waarop een achtergrond was afgetrokken van de weerstandsmetingen om aan te tonen dat het monster na de overgangstemperatuur tot nul weerstand daalde.

De temperatuur stijgt

Toen, september 2022, de groep NATUUR papier werd ingetrokken. “We hebben nu vastgesteld dat enkele belangrijke gegevensverwerkingsstappen – namelijk de achtergrondaftrekkingen toegepast op de onbewerkte gegevens die worden gebruikt om de magnetische susceptibiliteitsgrafieken te genereren – een niet-standaard, door de gebruiker gedefinieerde procedure gebruikten”, aldus een redactionele update geschreven door de auteurs. van het originele papier.

Alle negen auteurs op het papier waren het niet eens met de beslissing van NATUUR intrekken, hoewel de Universiteit van Rochester drie interne onderzoeken is begonnen, waarvan er twee in mei 2022 werden afgerond, en een ander na de intrekking. Rochester kondigde aan dat het onderzoek geen bewijs van wangedrag had gevonden, maar dat het niet is vrijgegeven volledige details van de onderzoeken.

Dias liet zich niet afschrikken en nadat hij dit jaar zijn toespraak had gehouden op de APS-bijeenkomst, het werk van zijn team aan Lu-NH werd gepubliceerd, weer binnen NATUUR (615 244).

In april, een patentvermelding Dias als de uitvinder werd gepubliceerd (hoewel ingediend in april 2022) voor een lutetiumhydridemateriaal dat bij kamertemperatuur supergeleidend kan zijn. Er werden echter geen details gegeven over de exacte stoichiometrie van het materiaal. Maar net als bij de 2020 NATUUR paper, werden er vragen gesteld rond het aftrekken van de achtergrond in het nieuwe onderzoek.

Er waren ook zorgen dat het aangegeven succespercentage bij het meten van supergeleiding bij hoge temperaturen in Lu-NH-monsters slechts ongeveer 35% bedroeg, terwijl men zou hopen dat alle monsters die volgens een bepaald recept zijn gemaakt, supergeleidend zouden zijn om de reproduceerbaarheid te bevorderen.

Ik ben nog steeds van mening dat hydride-supergeleiding een goede kans heeft om uiteindelijk een supergeleider te vormen onder omgevingsomstandigheden

David Ceperley

En toen andere onderzoekers probeerden de bevindingen te reproduceren, faalden ze. Di Peng van het Institute of Solid State Physics in Hefei, China, en collega’s vonden bijvoorbeeld enkele tekenen van een transitie bij ongeveer 240 K, maar suggereren dat deze niet indicatief zijn voor supergeleiding (arXiv: 2307.00201).

Theoretici die de supergeleiding bij hoge temperaturen probeerden te verklaren, hadden het ook moeilijk. Boeri en collega's hebben onlangs aangetoond dat ze niet alleen geen enkele verbinding in het Lu-NH-fasediagram konden identificeren die de buitengewone beweringen van Dias zou kunnen verklaren, maar ook dat Lu-NH-hydriden intrinsiek supergeleiders bij lage temperaturen zijn.Natuur Gem. 14 5367). “Er bestaat geen enkel theoretisch artikel dat een plausibele verklaring voor de resultaten van Dias vindt”, zegt ze.

Steun voor het werk van Dias kwam echter van Hemley, die nu aan de Universiteit van Illinois in Chicago studeert. Nadat ze materiaal hadden gekregen dat was voorbereid door het team van Dias, maten Hemley en zijn collega's de elektrische weerstand van de monsters onder verschillende drukken, waarbij ze bewijs vonden voor supergeleiding tot wel 276 K bij 15 kbar (arXiv: 2306.06301).

“Onze metingen komen uitstekend overeen met wat er in het rapport staat NATUUR papier,” vertelde Hemley Natuurkunde wereld. “Bovendien is de omvang van de daling nog groter dan die uit de eerdere gegevens.”

Hemley zegt dat theoretische analyses die hij en zijn collega's hebben uitgevoerd aantonen dat de elektronische structuur van Lu-NH ‘opmerkelijk’ is (arXiv: 2305.18196).

“Met deze voortdurende ontdekkingen blijft de zoektocht naar supergeleiders die functioneren bij of zelfs boven kamertemperatuur, samen met de zoektocht naar het stabiliseren van deze materialen bij omgevingsdruk, erg spannend”, voegt hij eraan toe.

De wetenschap zal eronder lijden als we er niet in slagen de academische integriteit te behouden

Maar er was nog meer slecht nieuws in petto voor Dias. Op 1 september 2023 NATUUR gepubliceerde een noot van de redactie lezers waarschuwen dat het Lu-NH-artikel van Dias wordt onderzocht.

“De betrouwbaarheid van de gegevens in dit manuscript staat momenteel ter discussie,” NATUUR gezegd. "Er zullen passende redactionele maatregelen worden genomen zodra deze kwestie is opgelost."

Volgens een rapport in de Wall Street Journal eind september hadden acht van de elf auteurs van het Lu-NH-artikel een brief geschreven aan Tobias Rödel, een hoofdredacteur bij NATUUR, met het verzoek om intrekking van het artikel, waarbij hij beweerde dat Dias “niet te goeder trouw heeft gehandeld met betrekking tot de voorbereiding en indiening van het manuscript”.

Blijkbaar antwoordde Rödel hen binnen een paar dagen en merkte op: “Wij zijn het absoluut eens met uw verzoek om het artikel in te trekken.” Tot nu toe zijn Dias en twee van zijn huidige promovendi de enige onderzoekers die vasthouden aan hun bevindingen.

David Ceperley van de Universiteit van Illinois, die een Nieuws en weergaven artikel voor NATUUR over de resultaten van Lu-NH, zegt dat hij “teleurgesteld” is NATUUR heeft het artikel in eerste instantie niet beter beoordeeld.

“We kregen alleen het geaccepteerde manuscript en niet de databestanden of commentaren van referenten”, zegt hij. “Pas nadat de krant uitkwam, leerden we over een aantal problemen die eerder ontdekt hadden kunnen worden.”

Verdergaan

Wat er zal gebeuren met de groep van Dias is onbekend. In augustus de Universiteit van Rochester heeft aangekondigd dat het het werk van Dias opnieuw onderzoekt, hoewel het onbekend is wanneer dat onderzoek voltooid zal zijn. “Helaas heeft het onachtzame gedrag van Dias de reputatie van het veld geschaad en het kan een paar jaar duren om de schade te herstellen”, zegt Boeri.

Deze opvatting wordt ondersteund door natuurkundigen van de gecondenseerde materie James Hamlin van de Universiteit van Florida, die een deel van het werk van Dias' groep onderzocht. “Ik denk dat het hele verhaal schadelijk is voor de wetenschap in het algemeen, en voor onderzoek naar supergeleiding in bredere zin, en dat het in bredere zin brandstof is voor anti-wetenschappelijke types,” zei hij. Natuurkunde wereld. "Het zou een impact kunnen hebben op de financiering van onderzoek onder hoge druk en dat zou jammer zijn, aangezien het zo'n vruchtbaar gebied is geweest met zoveel opwindende recente ontwikkelingen."

Hamlin is ook van mening dat wetenschappelijke onderzoekstijdschriften hun communicatie moeten verbreden om alle auteurs van het artikel te omvatten in plaats van alleen de corresponderende auteur wanneer mogelijk wangedrag bij onderzoek aan de orde wordt gesteld. “Alle auteurs zijn onderhevig aan potentiële reputatieschade als gevolg van een beschuldiging van wangedrag, dus alle auteurs moeten vanaf het allereerste begin op de hoogte zijn van de relevante communicatie van de redacteuren”, voegt hij eraan toe.

Ondanks deze problemen vordert het werk aan de hydriden. In juli ontdekten Guangtao Liu van de Jilin Universiteit, China, en collega's supergeleiding tot 110 K bij een druk van 80 GPa in het ternaire hydride LaBeH₈ (Phys. Lett. 130 266001).

Eindelijk arriveert er een supergeleider op kamertemperatuur: een mysterie voor de detector van donkere materie

Hoewel deze temperatuur niet zo hoog is, zijn deze ternaire verbindingen opwindend omdat ze een grotere potentiële verscheidenheid aan structuren hebben dan hun binaire neven, die de materialen die beschikbaar zijn voor supergeleiding bij hoge temperaturen zouden kunnen uitbreiden. “Het veld [van hydrideonderzoek] is gezond en heeft het potentieel om in de toekomst nog veel meer baanbrekende resultaten op te leveren”, voegt Boeri toe.

Ceperley is het daarmee eens. “Ik ben nog steeds van mening dat hydride-supergeleiding een goede kans heeft om uiteindelijk een supergeleider te vormen onder omgevingsomstandigheden, wat enorme technologische toepassingen zou hebben”, merkt hij op. "De ruimte aan mogelijke verbindingen en fabricagemethoden is zo groot dat het enige tijd kan duren om ze te vinden."

Wat Dias betreft, hij weigerde commentaar te geven op dit artikel, hoewel hij in eerdere commentaren in de media zei dat hij achter zijn resultaten stond.

In juli Natuurkunde wereld bood zelfs aan om een ​​interview met Dias te publiceren en stuurde hem via een reeks schriftelijke vragen 30 Point, een in de VS gevestigd PR-bureau dat namens Dias optreedt. Ondanks dat hij ermee had ingestemd de vragen te beantwoorden, trok Dias zich later terug uit het interview.

Natuurkunde wereld heeft sindsdien vernomen dat 30 Point niet langer werkt met Dias.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/