Hebben wetenschappers in Korea de eerste supergeleider bij kamertemperatuur en omgevingsdruk ontdekt? - Natuurkunde Wereld

Hebben wetenschappers in Korea de eerste supergeleider bij kamertemperatuur en omgevingsdruk ontdekt? - Natuurkunde Wereld

Tijdstempel: 27 juli 2023 10:35 uur

supergeleiding
Weergave van supergeleiding (met dank aan iStock/ktsimage)

Supergeleiding bij kamertemperatuur is lange tijd de heiligste heilige graal in de fysica van de gecondenseerde materie geweest. In het afgelopen decennium is de verschijning van nieuwe materialen dat supergeleiding bij relatief zachte temperaturen, maar alleen onder extreme druk, een kleine maar significante verandering in de zoektocht heeft gebracht. Om echt graalachtig te zijn: een nieuw gesynthetiseerde supergeleider kan bij kamertemperatuur niet alleen maar elektrische stroom zonder weerstand transporteren. Het moet dit ook doen bij omgevingsdruk, zodat het praktische toepassingen buiten het laboratorium kan hebben – zoals zwevende treinen, efficiënte elektriciteitsleidingen of goedkopere MRI-machines.

Dus als er nog geen peer-reviewed is papier getiteld “The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor” eerder deze week op de arXiv preprint-server verscheen, waren natuurkundigen geïntrigeerd – maar ook sceptisch, gezien de recente intrekkingen en beschuldigingen van wetenschappelijk wangedrag in het veld.

In de krant, Sukbae Lee en Ji Hoon Kim, beide materiaalwetenschappers van het Quantum Energy Research Center (Q-Centrum) in Seoul, Korea, samen met Young Wan Kwon van de Universiteit van Korea melden dat onder alledaagse omstandigheden een gemodificeerde vorm van het mineraal loodapatiet veelbetekenende tekenen van supergeleiding vertoont. Deze tekenen omvatten de allerbelangrijkste weerstandsvrije stroomstroom; de verdrijving van magnetisch veld uit het materiaal via het Meissner-effect; en een kritische temperatuur en een kritisch magnetisch veld waaronder de supergeleidende overgang plaatsvindt.

Er komt nog meer bewijsmateriaal naar voren

Om deze beweringen kracht bij te zetten, a verder papier verscheen kort daarna op de arXix, dit keer geschreven door Lee en Kim in samenwerking met hun Q-Centre-collega's Sungyeon Im, SooMin An en Keun Ho Auh, plus Hyun Tak Kim, een natuurkundige aan het College of William and Mary in de VS. De timing van de verschijning van dit artikel en de langere auteurslijst waren daartoe aanleiding intense online speculatie over de motieven van het team, waarbij verschillende commentatoren erop wijzen dat een Nobelprijs (de waarschijnlijke beloning voor elke bevestigde ontdekking van supergeleiding bij kamertemperatuur en omgevingstemperatuur) alleen kan worden gedeeld door drie mensen, en niet door zes. Afgezien van alle speculaties herhaalt het tweede artikel veel van de verbluffende details van het eerste, terwijl de synthese van het materiaal gedetailleerder wordt beschreven.

Als laatste bewijsstuk: a video- geplaatst door Hyun-Tak Kim op het ScienceCast-platform van arXiv op 25 juli, beweert het materiaal te laten zien dat Lee en Ji-Hoon Kim LK-99 noemen (blijkbaar naar hun eigen initialen en het jaar waarin ze het voor het eerst synthetiseerden) zwevend bovenop een magneet. Deze eenvoudige demonstratie van het Meissner-effect is een belangrijk onderdeel van de natuurkundelaboratoria van niet-gegradueerden – behalve dat in dit geval de vloeibare stikstof die nodig is om supergeleiding te produceren in conventionele supergeleiders bij lage temperaturen nergens te bekennen is.

De critici stromen binnen

Een paar dagen nadat de kranten op de arXiv verschenen – en slechts enkele uren nadat hun sensationele beweringen op sociale media begonnen te circuleren, waardoor de website van Q-Centre crashte – drongen experts op dit gebied aan op voorzichtigheid. Richard Greene, een natuurkundige aan de Universiteit van Maryland, VS die sinds de jaren zeventig aan supergeleidende materialen heeft gewerkt, opgemerkt dat, hoewel de Meissner-effectvideo er op het eerste gezicht ‘indrukwekkend uitziet’, supergeleiding niet het enige fenomeen is dat ervoor kan zorgen dat objecten gaan zweven. “Als je goed kijkt, zie je dat monster 2 (dat in zwevende toestand was) een grote diamagnetische magnetisatie heeft in de normale toestand,” zei hij. "Dus het zou kunnen zweven, alleen maar omdat het een diamagnetisch materiaal is."

Een andere natuurkundige, Douglas Natelson van Rice University, VS, benadrukte schijnbare inconsistenties in de gegevens van de twee artikelen over magnetische gevoeligheid, Χ. Toen Lee, Ji-Hoon Kim en collega's hun monster van LK-99 in een magnetisch veld plaatsten, stelt het artikel van zes auteurs dat de verandering in de massagevoeligheid van het materiaal (dat wil zeggen: Χ gedeeld door dichtheid) bedroeg 2.5 x 10-4 elektromagnetische eenheden per gram. “Als we uitgaan van een dichtheid van ongeveer 7 gram per kubieke centimeter, dan geeft dat Χ = –0.022, ongeveer 36 keer zoveel als grafiet”, schreef Natelson in een Twitter/X-thread gewijd aan de bevindingen. “Dat zou spannend zijn, als het klopt.”

Natelson merkte echter verder op dat “wat dezelfde gegevens lijkt te zijn” ook voorkomt in Figuur 4 van het door drie auteurs geschreven artikel, maar met een compleet andere schaal op de y-as van de grafiek. Deze tweede reeks cijfers is, zei hij, “onfysiek”, eraan toevoegend dat de “behoorlijk slordige” discrepantie “het vertrouwen in de resultaten niet bevordert”.

Wacht op reproductie

Een lichtpuntje in deze verwarring is dat, in tegenstelling tot studies over hogedruksupergeleiders, het werk van Lee, Ji-Hoon Kim en hun medewerkers relatief weinig specialistische apparatuur vereiste. Dat zal geen pogingen doen om het te repliceren En het is heel gemakkelijk, precies; als Jennifer Fowlie, een natuurkundige op het gebied van de gecondenseerde materie bij het SLAC National Laboratory in de VS, wees erop op Twitter is het vier dagen durende, uit meerdere stappen bestaande, solid-state proces dat de Koreaanse onderzoekers gebruikten om hun materiaal te synthetiseren bepaald niet eenvoudig. (“Sommigen van jullie hebben geen blaren gehad door het overmatig gebruik van de stamper en dat is te zien”, grapte ze.)

Toch zou de afwezigheid van zeer gespecialiseerde apparatuur replicatie voor meer dan een handvol onderzoeksgroepen mogelijk moeten maken. En nu er zoveel aandacht is besteed aan het vinden ervan, zal een oplossing voor het mysterie van LK-99 en de mogelijke supergeleiding bij kamertemperatuur en omgevingsdruk niet lang meer op zich laten wachten. “Ik denk dat het het beste is om af te wachten of dit materiaal en de resultaten in het rapport worden gereproduceerd door een andere groep in de wereld,” Nigel Hoesse, vertelt een supergeleidingsonderzoeker aan de Universiteit van Bristol, VK Natuurkunde wereld. “Als dat zo is, dan zou dit natuurlijk een sensationele doorbraak zijn. Maar voorlopig is het ronduit sensationeel.”

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld