Nadprzewodnictwo „uszkodzone”, gdy badacze chcą odejść od retrakcji – Świat Fizyki

„Po raz pierwszy zamierzam przedstawić nowy materiał”. Tak powiedział fizyk zajmujący się materią skondensowaną Ranga Dias do wypełnionej sali konferencyjnej przy ul marcowe spotkanie Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego w Las Vegas na początku tego roku. Materiałem, o którym mowa, był wodorek lutetu domieszkowany azotem, czyli Lu-NH294, a Dias następnie opisał pomiary, twierdząc, że widział dowody na nadprzewodnictwo w niezwykłej temperaturze 20 K (balsamicznej temperaturze 1°C) pod ciśnieniem 10 GPa (XNUMX kbar).

Pracujący na Uniwersytecie w Rochester w USA Dias twierdził, że zaobserwował wiele oznak nadprzewodnictwa, takich jak spadek rezystancji elektrycznej do zera w określonej temperaturze przejścia oraz wyrzucanie przez materiał linii pola magnetycznego. On i jego koledzy zmierzyli także ciepło właściwe próbki, które wykazało charakterystyczną reakcję w temperaturze przejścia.

Ich odkrycie wydawało się stanowić kulminację stuletnich poszukiwań w fizyce materii skondensowanej: poszukiwań materiałów nadprzewodzących w warunkach otoczenia. Jednak po przemówieniu nikt nie odezwał się ani słowem i nie było hucznej uroczystości. Dias po prostu zakończył swoje wystąpienie i przekazał mikrofon następnemu mówcy.

Jeden z widzów zapytał, czy będą pytania. „Nie mamy czasu” – odpowiedziała przewodnicząca sesji Minta Akin z Lawrence Livermore National Laboratory, a jej odpowiedź została powitana słyszalnym jękiem dochodzącym z sali.

Atmosfera wydawała się bardzo odmienna od poprzedniego marcowego spotkania APS w 1987 r. – słynnego „Woodstock fizyki” w Nowym Jorku, który odbył się tuż po odkryciu pierwszych nadprzewodników wysokotemperaturowych.

Już wówczas fizycy Georg Bednorz i Alexa Müllera rozpaliła świat fizyki materii skondensowanej po odkryciu rok wcześniej, że materiał zawierający tlenek miedzi, lantan i bar stał się nadprzewodnikiem w temperaturze około 35 K. To około 50% więcej niż poprzedni rekord wynoszący 23 K, który został osiągnięty więcej niż dziesięć lat wcześniej w niobie-germanie (Nb₃Ge).

Nowe materiały „miedzianowe” wywołały ogromny szum, ponieważ nie były metalami, ale izolatorami i oferowały możliwość znalezienia nowych stechiometrii i związków, które mogłyby potencjalnie osiągać jeszcze wyższe temperatury przejścia.

Nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej był świętym Graalem, dającym nadzieję na szeroki zakres zastosowań, od ultrawydajnych sieci energetycznych po zastosowania medyczne wymagające potężnych magnesów.

Bednorz i Müller zdobyli później Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1987 r. za odkrycie, a w ciągu następnych dziesięcioleci badacze stworzyli nowe związki na bazie miedzianu, które osiągnęły temperatury przejścia 133 K przy ciśnieniu otoczenia i 166 K przy ciśnieniu około 30 GPa.

Od miedzianów po wodorki

Podczas gdy miedziany były de facto nadprzewodników w ciągu ostatnich kilku dekad, wszystko zaczęło się zmieniać w połowie 2010 roku. W 2015 r Michaił Eremet i współpracownicy z Instytutu Chemii Maxa Plancka i Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji w Niemczech zaobserwowali nadprzewodnictwo w temperaturze 203 K w próbce siarkowodoru.

Chociaż materiał musiał zostać ściśnięty do 150 GPa (Natura 525 73), w 2018 roku grupa kierowana przez Russella Hemleya, wówczas na Uniwersytecie George'a Washingtona w USA, donieśli o nadprzewodnictwie w temperaturze 260 K w nadwodorku lantanu, aczkolwiek nadal pod ciśnieniem ponad 180 GPa, praca opublikowana w 2019 r. (Fiz. Rev. Lett. 122 027001).

W tym samym roku zespół Eremetsa zaobserwował nadprzewodnictwo w temperaturach do 250 K  w wodorku lantanu pod ciśnieniem 170 GPa (Natura 569 528).

Prace nad tak zwanymi wodorkami binarnymi – związkami zawierającymi wodór i jeszcze jeden pierwiastek, taki jak siarkowodór – wywołały „gorączkę złota” w poszukiwaniu nadprzewodników wysokotemperaturowych.

Najbardziej ekscytujące było jednak to, że przewidywano je w całości na podstawie obliczeń opartych na pierwszych zasadach, przy czym teoria niemal idealnie zgadzała się z eksperymentem.

Nierozważne zachowanie Diasa zaszkodziło reputacji branży, a naprawienie szkód może zająć kilka lat

Lilia Boeri

„Wodorki to prawdopodobnie najbardziej ekscytujące odkrycie w dziedzinie nadprzewodnictwa po miedzianach i niesamowita historia sukcesu w zakresie wzajemnego oddziaływania teorii i eksperymentu” – mówi fizyk teoretyczny Lilia Boeri z Uniwersytetu Rzymskiego La Sapienza.

Dias i współpracownicy rozpoczęli grę w nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe w 2020 r. Wykorzystując swoje doświadczenie w wyciskaniu wodoru do wysokiego ciśnienia (patrz ramka poniżej), grupa Diasa opublikował artykuł na temat wodorku siarki węglowej który twierdził, że wykazuje nadprzewodnictwo w temperaturze 288 K pod ciśnieniem około 260 GPa (Natura 586 373).

Mniej więcej w tym samym czasie Dias był współzałożycielem firmy Unearthly Materials zajmującej się komercjalizacją nadprzewodników pracujących w temperaturze pokojowej i w tym samym roku praca została nagrodzona nagrodą 2020 Świat Fizyki Przełom roku.

W 2021 roku Dias został nawet nazwany TIME100 Następny innowator za jego pracę. „Postawmy sprawę jasno: deskorolki, pociągi na lewitacji magnetycznej i linie energetyczne pozbawione oporu nie pojawią się w tym roku ani w przyszłym” – zauważył Czas czasopismo. „Ale dzięki Ranga Dias są bliżej niż kiedykolwiek”.  

Ale nie wszystko było takie, jak się wydawało. W 2021 r. badacze zgłosili obawy dotyczące niektórych procesów przetwarzania danych w artykule, w szczególności sposobu, w jaki odjęto tło od pomiarów rezystancji, aby pokazać, że próbka spada do zerowej rezystancji po temperaturze przejścia.

Temperatura rośnie

Następnie we wrześniu 2022 r. grupy Natura papier został wycofany. „Teraz ustaliliśmy, że niektóre kluczowe etapy przetwarzania danych – mianowicie odejmowanie tła zastosowane do surowych danych wykorzystywanych do wygenerowania wykresów podatności magnetycznej – wykorzystywały niestandardową, zdefiniowaną przez użytkownika procedurę” – zauważono w aktualizacji redakcyjnej napisanej przez autorów oryginalnego papieru.

Wszystkich dziewięciu autorów artykułu nie zgodziło się z decyzją Natura wycofać wniosek, chociaż Uniwersytet w Rochester wszczął trzy wewnętrzne dochodzenia, z których dwa zakończono w maju 2022 r., a drugie po wycofaniu. Rochester ogłosił, że dochodzenie nie znalazło żadnych dowodów niewłaściwego postępowania, ale ich nie ujawnił pełne szczegóły zapytania.

Dias był nieustraszony i po wygłoszeniu przemówienia na tegorocznym spotkaniu APS, opublikowano pracę jego zespołu na temat Lu-NH, ponownie w Natura (615 244).

W kwietniu opublikowano patent wymieniający Diasa jako wynalazcę (chociaż złożony w kwietniu 2022 r.) w sprawie materiału wodorku lutetu, który może nadprzewodzić w temperaturze pokojowej. Nie podano jednak żadnych szczegółów dotyczących dokładnej stechiometrii materiału. Ale podobnie jak w roku 2020 Natura W nowym badaniu pojawiły się pytania dotyczące odejmowania tła.

Pojawiły się również obawy, że stwierdzony wskaźnik skuteczności pomiaru nadprzewodnictwa w wysokich temperaturach w próbkach Lu-NH wynosił tylko około 35%, choć można było mieć nadzieję, że wszystkie próbki wykonane według określonej receptury będą nadprzewodzące, aby zwiększyć powtarzalność.

Nadal uważam, że nadprzewodnictwo wodorkowe ma duże szanse na ostateczne dostarczenie nadprzewodnika w warunkach otoczenia

Davida Ceperleya

Kiedy inni badacze próbowali odtworzyć wyniki, nie udało im się to. Na przykład Di Peng z Instytutu Fizyki Ciała Stałego w Hefei w Chinach i współpracownicy odkryli pewne oznaki przejścia w temperaturze około 240 K, ale sugerują, że nie wskazują one na nadprzewodnictwo (arXiv: 2307.00201).

Teoretycy, którzy próbowali wyjaśnić nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe, również mieli trudności. Boeri i współpracownicy wykazali niedawno, że nie tylko nie byli w stanie zidentyfikować ani jednego związku na diagramie fazowym Lu-NHXNUMX, który mógłby wyjaśnić niezwykłe twierdzenia Diasa, ale także, że wodorki Lu-NHXNUMX są z natury nadprzewodnikami niskotemperaturowymi (Komuna przyrody. 14 5367). „Nie ma ani jednej pracy teoretycznej, która znalazłaby wiarygodne wyjaśnienie wyników Diasa” – mówi.

Jednak wsparcie dla pracy Diasa pochodzi od Hemleya, który obecnie pracuje na Uniwersytecie Illinois w Chicago. Otrzymawszy materiał przygotowany przez zespół Diasa, Hemley i współpracownicy zmierzyli oporność elektryczną próbek pod różnymi ciśnieniami, znajdując dowody na nadprzewodnictwo aż do 276 K przy 15 kbarach (arXiv: 2306.06301).

„Nasze pomiary doskonale zgadzają się z tym, co podano w „ Natura papier” – powiedział Hemley Świat Fizyki. „Co więcej, wielkość spadku jest jeszcze większa niż w przypadku wcześniejszych danych”.

Hemley twierdzi, że analiza teoretyczna przeprowadzona przez niego i współpracowników pokazuje, że struktura elektronowa Lu-NH jest „niezwykła” (ar Xiv: 2305.18196).

„Dzięki tym ciągłym odkryciom poszukiwanie nadprzewodników działających w temperaturze pokojowej lub nawet wyższej, w połączeniu z poszukiwaniem stabilizacji tych materiałów w pobliżu ciśnienia otoczenia, pozostaje bardzo ekscytujące” – dodaje.

Nauka ucierpi, jeśli nie uda nam się zachować uczciwości akademickiej

Ale dla Diasa czekały dalsze złe wieści. W dniu 1 września 2023 r Natura opublikowany notatka redaktora ostrzegając czytelników, że artykuł Diasa Lu-NH jest badany.

„Wiarygodność danych przedstawionych w tym manuskrypcie jest obecnie kwestionowana” – dodał. Natura powiedział. „Po rozwiązaniu tej sprawy zostaną podjęte odpowiednie działania redakcyjne”.

Według raportu w Wall Street Journal pod koniec września ośmiu z 11 autorów artykułu Lu-NH napisało do Tobiasa Rödela, starszego redaktora czasopisma „Lu-NH” Natura, żądając wycofania artykułu, twierdząc, że Dias „nie działał w dobrej wierze w związku z przygotowaniem i złożeniem rękopisu”.

Najwyraźniej Rödel odpowiedział im w ciągu kilku dni, stwierdzając: „Całkowicie zgadzamy się z pańską prośbą o wycofanie artykułu”. Jak dotąd jedynymi badaczami, którzy trzymają się swoich ustaleń, są Dias i dwóch jego obecnych doktorantów.

Davida Ceperleya z Uniwersytetu Illinois, który napisał: Artykuł z wiadomościami i widokami dla Natura o wynikach Lu-NH, mówi, że jest tym „rozczarowany”. Natura nie zrobił lepiej, recenzując artykuł.

„Dostarczono nam jedynie zaakceptowany manuskrypt, a nie pliki z danymi ani komentarze recenzentów” – mówi. „Dopiero po ukazaniu się gazety dowiedzieliśmy się o niektórych problemach, które można było wykryć wcześniej”.

Iść dalej

Nie wiadomo, co stanie się z grupą Diasa. W sierpniu Uniwersytet w Rochester ogłosiło, że ponownie bada pracę Diasa, choć nie wiadomo, kiedy to dochodzenie zostanie zakończone. „Niestety, nierozważne zachowanie Diasa zaszkodziło reputacji branży i naprawienie szkód może zająć kilka lat” – mówi Boeri.

Pogląd ten popierają fizyki materii skondensowanej Jamesa Hamlina z Uniwersytetu Florydy, który zbadał niektóre prace grupy Dias. „Naprawdę uważam, że cała ta historia jest ogólnie szkodliwa dla nauki, a badania nad nadprzewodnictwem w coraz większym stopniu stanowią pożywkę dla przeciwników nauki” – powiedział Świat Fizyki. „Mogłoby to mieć wpływ na finansowanie badań nad wysokimi ciśnieniami, co byłoby niefortunne, biorąc pod uwagę, że był to tak owocny obszar, w którym pojawiło się tak wiele ekscytujących ostatnich odkryć”.

Hamlin uważa również, że czasopisma naukowe powinny poszerzyć swoją komunikację, tak aby obejmowała wszystkich autorów artykułu, a nie tylko autora korespondującego, gdy zgłaszane jest potencjalne niewłaściwe postępowanie badawcze. „Wszyscy autorzy mogą narazić się na potencjalną utratę reputacji w wyniku zarzutów o niewłaściwe postępowanie, dlatego wszyscy autorzy powinni od samego początku być wtajemniczeni w odpowiednie komunikaty od redaktorów” – dodaje.

Pomimo tych problemów prace nad wodorkami postępują. W lipcu Guangtao Liu z Uniwersytetu Jilin w Chinach wraz ze współpracownikami odkrył nadprzewodnictwo do 110 K pod ciśnieniem 80 GPa w trójskładnikowym wodorku LaBeH₈ (Phys. Wielebny Lett. 130 266001).

Nareszcie pojawia się nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej – tajemnica detektora ciemnej materii

Chociaż ta temperatura nie jest tak wysoka, te trójskładnikowe związki są ekscytujące, ponieważ mają szerszą potencjalną różnorodność struktur niż ich binarni kuzyni, co mogłoby poszerzyć zakres materiałów dostępnych do nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego. „Dziedzina [badań nad wodorkami] jest zdrowa i może przynieść w przyszłości znacznie więcej przełomowych wyników” – dodaje Boeri.

Ceperley zgadza się. „Nadal uważam, że nadprzewodnictwo wodorkowe ma duże szanse ostatecznie dostarczyć nadprzewodnika w warunkach otoczenia, który miałby szerokie zastosowania technologiczne” – zauważa. „Przestrzeń możliwych związków i metod wytwarzania jest tak ogromna, że ​​ich znalezienie może zająć trochę czasu”.

Jeśli chodzi o Diasa, odmówił komentarza w związku z tym artykułem, chociaż we wcześniejszych komentarzach medialnych zapewniał, że podtrzymuje swoje wyniki.

W lipcu Świat Fizyki Zaproponował nawet publikację wywiadu z Diasem i przesłał mu za pośrednictwem serwisu zestaw pisemnych pytań 30 Punkt, amerykańskiej agencji PR działającej w imieniu Dias. Pomimo tego, że zgodził się odpowiedzieć na pytania, Dias później wycofał się z wywiadu.

Świat Fizyki dowiedział się, że 30 Point nie współpracuje już z Diasem.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/