Superledning "skadet" når forskere ser etter å gå videre fra tilbaketrekkinger – Physics World

"Jeg skal introdusere et nytt materiale for første gang." Så sa den kondenserte fysikeren Ranga Dias til et fullsatt konferanserom på Marsmøte i American Physical Society i Las Vegas tidligere i år. Det aktuelle materialet var nitrogen-dopet lutetiumhydrid, eller Lu-NH, og Dias fortsatte med å beskrive målinger som hevdet å ha sett bevis for superledning ved bemerkelsesverdige 294 K (en milde 20 °C) under et trykk på 1 GPa (10) kbar).

Basert ved University of Rochester i USA, hevdet Dias å ha observert mange signaturer på superledning som den elektriske motstanden som synker til null ved en bestemt overgangstemperatur og materialet som driver ut magnetiske feltlinjer. Han og kollegene målte også prøvens spesifikke varme, som viste en karakteristisk respons ved overgangstemperaturen.

Funnet deres så ut til å markere kulminasjonen av et århundrelangt oppdrag innen fysikk av kondensert materie: søket etter materialer som superleder under omgivelsesforhold. Men etter talen sa ingen et ord, og det var ingen vill feiring. Dias fullførte ganske enkelt talen og sendte mikrofonen over til neste høyttaler.

Et medlem av salen spurte om det ville være spørsmål. "Vi har ikke tid," svarte sesjonsleder Minta Akin fra Lawrence Livermore National Laboratory, svaret hennes ble møtt med et hørbart stønn fra rommet.

Atmosfæren virket veldig forskjellig fra et tidligere APS-marsmøte i 1987 – den berømte «fysikkens Woodstock» i New York City som fant sted like etter at de første høytemperatur-superlederne ble oppdaget.

Den gang fysikerne Georg Bednorz og Alex Muller hadde satt verden av kondensert materiefysikk i brann etter å ha oppdaget året før at et materiale som inneholder kobberoksid, lantan og barium ble superledende ved rundt 35 K. Dette var rundt 50 % høyere enn den forrige rekorden på 23 K som hadde blitt oppnådd mer enn et tiår tidligere i niob-germanium (Nb₃Ge).

De nye "kuprat"-materialene forårsaket en slik buzz fordi de ikke var metaller, men isolatorer, og de ga muligheten til å finne nye støkiometrier og forbindelser som potensielt kan nå enda høyere overgangstemperaturer.

En superleder med romtemperatur var den hellige gral, og holdt ut håpet om et bredt spekter av applikasjoner fra ultraeffektive energinett til medisinske applikasjoner som krever kraftige magneter.

Bednorz og Müller vant senere Nobelprisen for fysikk i 1987 for oppdagelsen, og i tiårene som fulgte skapte forskere nye kupratbaserte forbindelser som nådde overgangstemperaturer på 133 K ved omgivelsestrykk og 166 K ved et trykk på rundt 30 GPa.

Fra cuprates til hydrider

Mens cuprates hadde vært den de facto superledende konger de siste par tiårene, som alle begynte å endre seg på midten av 2010-tallet. I 2015 Mikhail Eremets og kolleger ved Max Planck Institute for Chemistry og Johannes Gutenberg University Mainz, begge i Tyskland, observerte superledning ved 203 K i en prøve av hydrogensulfid.

Selv om materialet måtte presses til 150 GPa (Natur 525 73), i 2018 en gruppe ledet av Russell Hemley, da ved George Washington University i USA, rapporterte superledning ved 260 K i lantansuperhydrid, om enn fortsatt under trykk på over 180 GPa, arbeid som ble publisert i 2019 (Phys. Prest Lett. 122 027001).

Samme år rapporterte Eremets team om superledning ved temperaturer opp til 250 K  i lantanhydrid ved 170 GPa (Natur 569 528).

Arbeid med disse såkalte binære hydridene - forbindelser som inneholder hydrogen og ett annet element som hydrogensulfid - utløste et "gullrush" i jakten på høytemperatur-superledere.

Men det som var mest spennende er at de ble forutsagt utelukkende fra beregninger med første prinsipp, med teori som nesten stemte perfekt med eksperimentet.

Dias' hensynsløse oppførsel har skadet feltets omdømme og det kan ta noen år å reparere skaden

Lilia Boeri

"Hydridene har sannsynligvis vært den mest spennende oppdagelsen innen superledning etter cuprates, og en fantastisk suksesshistorie om samspillet mellom teori og eksperiment," sier teoretisk fysiker Lilia Boeri fra universitetet i Roma La Sapienza.

Dias og kollegene gikk inn i høytemperatur-superledningsspillet i 2020. Ved å bruke erfaringen hans med å presse hydrogen til høyt trykk (se boks nedenfor), ble Dias' gruppe publiserte en artikkel om karbonholdig svovelhydrid som hevdet å vise superledning ved 288 K under et trykk på omtrent 260 GPa (Natur 586 373).

Omtrent på samme tid grunnla Dias et selskap - Unearthly Materials - for å kommersialisere romtemperatur-superledere, og det året ble arbeidet tildelt en 2020 Fysikkens verden Årets gjennombrudd.

I 2021 ble Dias til og med utnevnt til en TIME100 Neste innovatør for sitt arbeid. "La oss være klare: hoverboards, magnetiske levitasjonstog og motstandsfrie kraftledninger kommer ikke i år eller neste," bemerket Tid Blad. "Men takket være Ranga Dias er de nærmere enn de noen gang var."  

Men ikke alt var som det så ut til. I 2021 ble det reist bekymringer fra forskere om noe av databehandlingen i papiret, spesielt måten en bakgrunn ble trukket fra motstandsmålingene for å vise at prøven faller til null motstand etter overgangstemperaturen.

Temperaturen stiger

Så, i september 2022, gruppens Natur papiret ble trukket tilbake. "Vi har nå fastslått at noen viktige databehandlingstrinn - nemlig bakgrunnssubtraksjonene brukt på rådataene som ble brukt til å generere de magnetiske følsomhetsplottene - brukte en ikke-standard, brukerdefinert prosedyre," bemerket en redaksjonell oppdatering skrevet av forfatterne av originalpapiret.

Alle de ni forfatterne på papiret var uenige i avgjørelsen av Natur å trekke seg tilbake, selv om University of Rochester startet tre interne henvendelser, hvorav to ble fullført i mai 2022, og en annen etter tilbaketrekkingen. Rochester kunngjorde at undersøkelsene ikke hadde funnet bevis for uredelig oppførsel, men at de ikke har blitt løslatt fullstendige detaljer om henvendelsene.

Dias ble ikke avskrekket, og etter å ha holdt sitt foredrag på Aps møte i år, teamets arbeid med Lu-NH ble publisert, igjen inn Natur (615 244).

I april a patentliste Dias som oppfinneren ble publisert (selv om innlevert i april 2022) for et lutetiumhydridmateriale som kan superledes ved romtemperatur. Ingen detaljer om materialets eksakte støkiometri ble imidlertid gitt. Men akkurat som med 2020 Natur papir ble det reist spørsmål rundt bakgrunnssubtraksjonen i den nye studien.

Det var også bekymring for at den oppgitte suksessraten for å måle superledning ved høye temperaturer i Lu-NH-prøver bare var rundt 35 %, når man kunne håpe at alle prøver laget til en bestemt oppskrift ville være superledende for å hjelpe reproduserbarheten.

Jeg føler fortsatt at hydridsuperledning har en god sjanse til å til slutt gi en superleder ved omgivelsesforhold

David Ceperley

Og da andre forskere prøvde å reprodusere funnene, mislyktes de. Di Peng fra Institute of Solid State Physics i Hefei, Kina, og kolleger, for eksempel, fant noen tegn på en overgang ved omtrent 240 K, men antyder at de ikke er indikasjoner på superledning (arxiv: 2307.00201).

Teoretikere som prøvde å forklare superledning ved høye temperaturer, fant seg også slite. Boeri og kolleger viste nylig at de ikke bare kunne identifisere en enkelt forbindelse i Lu-NH-fasediagrammet som kunne forklare Dias' ekstraordinære påstander, men også at Lu-NH-hydrider er i seg selv lavtemperatur-superledere (Naturfellesskap. 14 5367). "Det er ingen enkelt teoretisk artikkel som finner en plausibel forklaring på Dias' resultater," sier hun.

Støtten til Dias sitt arbeid kom imidlertid fra Hemley, som nå er ved University of Illinois Chicago. Etter å ha fått materiale utarbeidet av Dias' team, målte Hemley og kolleger den elektriske motstanden til prøvene under forskjellige trykk, og fant bevis for superledning så høy som 276 K ved 15 kbar (arxiv: 2306.06301).

"Våre målinger er i utmerket overensstemmelse med det som er rapportert i Natur papir,» fortalte Hemley Fysikkens verden. "I tillegg er omfanget av fallet enda større enn de tidligere dataene."

Hemley sier at teoretiske analyser han og kolleger har utført viser at den elektroniske strukturen til Lu-NH er "bemerkelsesverdig" (arXiv: 2305.18196).

"Med disse fortsatte oppdagelsene forblir jakten på superledere som fungerer ved eller til og med over romtemperatur, sammen med søken etter å stabilisere disse materialene nær omgivelsestrykk, veldig spennende," legger han til.

Vitenskapen vil lide hvis vi ikke klarer å bevare akademisk integritet

Men det var flere dårlige nyheter i vente for Dias. 1. september 2023 Natur publisert en redaksjonsnotat varsler leserne om at Dias' Lu-NH-papir blir undersøkt.

"Pliteligheten til data presentert i dette manuskriptet er for øyeblikket i tvil," Natur sa. "Passelige redaksjonelle tiltak vil bli tatt når denne saken er løst."

Ifølge en rapport i Wall Street Journal i slutten av september hadde åtte av de 11 forfatterne av Lu-NH-avisen skrevet til Tobias Rödel, seniorredaktør ved Natur, og ber om at papiret trekkes tilbake, og hevder at Dias "ikke har handlet i god tro med hensyn til utarbeidelsen og innleveringen av manuskriptet".

Tilsynelatende svarte Rödel dem innen få dager og la merke til: "Vi er absolutt enige i forespørselen din om at papiret trekkes tilbake." Så langt er de eneste forskerne som holder seg til funnene sine Dias og to av hans nåværende doktorgradsstudenter.

David Ceperley fra University of Illinois, som skrev en News & Views-artikkel for Natur om Lu-NH-resultatene, sier han er "skuffet" over det Natur gjorde ikke en bedre jobb med å gjennomgå papiret i utgangspunktet.

"Vi fikk bare det aksepterte manuskriptet og ikke datafilene eller dommerkommentarene," sier han. "Det var først etter at papiret kom ut at vi fikk vite om noen problemer som kunne ha blitt funnet tidligere."

Går videre

Hva som vil skje angående Dias' gruppe er ukjent. I august University of Rochester kunngjorde at den etterforsker Dias' arbeid igjen, men når etterforskningen vil være fullført er ukjent. "Dessverre har Dias' hensynsløse oppførsel skadet feltets omdømme, og det kan ta noen år å reparere skaden," sier Boeri.

Det synet støttes av en fysiker med kondensert materie James Hamlin fra University of Florida, som undersøkte noe av Dias' gruppes arbeid. "Jeg tror hele sagaen er skadelig for vitenskapen generelt, og superledningsforskning mer og mer generelt er det drivstoff for antivitenskapelige typer," sa han Fysikkens verden. "Det kan ha en innvirkning på finansieringen av høytrykksforskning, og det ville være uheldig gitt at det har vært et så fruktbart område med så mange spennende nyere utviklinger."

Hamlin mener også at vitenskapelige forskningstidsskrifter bør utvide sin kommunikasjon til å omfatte alle forfattere av artikkelen i stedet for bare den tilsvarende forfatteren når potensielle forskningsforseelser blir tatt opp. "Alle forfattere er utsatt for potensiell omdømmeskade fra en påstand om uredelig oppførsel, så alle forfattere bør være kjent med relevant kommunikasjon fra redaktører helt fra begynnelsen," legger han til.

Til tross for disse problemene går arbeidet med hydridene frem. I juli fant Guangtao Liu fra Jilin University, Kina, og kolleger superledning opp til 110 K ved et trykk på 80 GPa i det ternære hydridet LaBeH₈ (Phys. Pastor Lett. 130 266001).

Romtemperatur-superleder kommer til slutt, et mysterium for mørk materiedetektor

Selv om denne temperaturen ikke er så høy, er disse ternære forbindelsene spennende fordi de har et bredere potensielt utvalg av strukturer enn deres binære fettere, noe som kan utvide materialene som er tilgjengelige for superledning ved høy temperatur. "Feltet [hydridforskning] er sunt og har potensial til å gi mange flere banebrytende resultater i fremtiden," legger Boeri til.

Ceperley er enig. "Jeg føler fortsatt at hydridsuperledning har en god sjanse til å til slutt gi en superleder ved omgivelsesforhold, som ville ha store teknologiske anvendelser," bemerker han. "Rummen av mulige forbindelser og fabrikasjonsmetoder er så stor at det kan ta litt tid å finne dem."

Når det gjelder Dias, nektet han å kommentere denne artikkelen, selv om han i tidligere mediekommentarer sa at han stod ved sine resultater.

I juli Fysikkens verden tilbød til og med å publisere et intervju med Dias og sendte et sett med skriftlige spørsmål til ham via 30 Point, et USA-basert PR-byrå som handler på Dias sine vegne. Til tross for å ha sagt ja til å svare på spørsmålene, trakk Dias seg senere ut av intervjuet.

Fysikkens verden har siden fått vite at 30 Point ikke lenger fungerer med Dias.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/