Supercondutividade ‘danificada’ enquanto os pesquisadores procuram superar as retrações – Physics World

“Vou apresentar um novo material pela primeira vez.” Assim disse o físico da matéria condensada Ranga Dias para uma sala de conferências lotada no Reunião de março da American Physical Society em Las Vegas no início deste ano. O material em questão era o hidreto de lutécio dopado com nitrogênio, ou Lu-NH, e Dias passou a descrever medições afirmando ter visto evidências de supercondutividade a notáveis ​​294 K (uma temperatura amena de 20 °C) sob uma pressão de 1 GPa (10 kbar).

Baseado na Universidade de Rochester, nos EUA, Dias afirmou ter observado muitas assinaturas de supercondutividade, como a resistência elétrica caindo para zero em uma determinada temperatura de transição e o material expelindo linhas de campo magnético. Ele e seus colegas também mediram o calor específico da amostra, que mostrou uma resposta característica na temperatura de transição.

A sua descoberta pareceu marcar o culminar de uma busca de um século na física da matéria condensada: a procura de materiais que sejam supercondutores em condições ambientais. No entanto, após a palestra, ninguém pronunciou uma palavra e não houve celebração selvagem. Dias simplesmente terminou a sua palestra e passou o microfone para o próximo orador.

Um membro da plateia perguntou se haveria perguntas. “Não temos tempo”, respondeu a presidente da sessão, Minta Akin, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, e sua resposta foi recebida com um gemido audível vindo da sala.

A atmosfera parecia muito diferente de uma reunião anterior da APS em março de 1987 – o famoso “Woodstock da física” na cidade de Nova Iorque, que ocorreu logo após a descoberta dos primeiros supercondutores de alta temperatura.

Naquela época, os físicos Georg Bednorz e Alex Müller incendiou o mundo da física da matéria condensada depois de descobrir, no ano anterior, que um material contendo óxido de cobre, lantânio e bário tornou-se supercondutor a cerca de 35 K. Isso foi cerca de 50% maior do que o recorde anterior de 23 K que havia sido alcançado mais do que uma década antes em nióbio-germânio (Nb₃Ge).

Os novos materiais “cuprato” causaram grande agitação porque não eram metais, mas isolantes e ofereciam a possibilidade de encontrar novas estequiometrias e compostos que poderiam potencialmente atingir temperaturas de transição ainda mais elevadas.

Um supercondutor à temperatura ambiente era o Santo Graal, mantendo a esperança de uma ampla gama de aplicações, desde redes de energia ultraeficientes até aplicações médicas que exigem ímãs poderosos.

Bednorz e Müller ganharam mais tarde o Prémio Nobel de Física de 1987 pela descoberta e nas décadas seguintes os investigadores criaram novos compostos à base de cuprato que atingiram temperaturas de transição de 133 K à pressão ambiente e 166 K a uma pressão de cerca de 30 GPa.

De cupratos a hidretos

Embora os cupratos tenham sido os de fato reis supercondutores nas últimas décadas, tudo isso começou a mudar em meados da década de 2010. Em 2015 Mikhail Eremets e colegas do Instituto Max Planck de Química e da Universidade Johannes Gutenberg Mainz, ambos na Alemanha, observaram supercondutividade a 203 K em uma amostra de sulfeto de hidrogênio.

Embora o material precisasse ser comprimido a 150 GPa (Natureza 525 73), em 2018 um grupo liderado por Russel Hemley, então na Universidade George Washington, nos EUA, relatou supercondutividade a 260 K no superhidreto de lantânio, embora ainda sob pressões de mais de 180 GPa, trabalho que foi publicado em 2019 (Física Rev. Lett. 122 027001).

Naquele mesmo ano, a equipe de Eremets relatou supercondutividade em temperaturas de até 250 K  em hidreto de lantânio a 170 GPa (Natureza 569 528).

O trabalho nestes chamados hidretos binários – compostos que contêm hidrogénio e um outro elemento como o sulfureto de hidrogénio – desencadeou uma “corrida do ouro” na procura de supercondutores de alta temperatura.

Mas o mais emocionante é que foram previstos inteiramente a partir de cálculos de primeiros princípios, com a teoria concordando quase perfeitamente com a experiência.

O comportamento imprudente de Dias prejudicou a reputação do campo e pode levar alguns anos para reparar os danos

Lilia Boeri

“Os hidretos foram provavelmente a descoberta mais emocionante em supercondutividade depois dos cupratos, e uma incrível história de sucesso da interação entre teoria e experimento”, diz o físico teórico Lilia Boeri pela Universidade de Roma La Sapienza.

Dias e colegas entraram no jogo da supercondutividade de alta temperatura em 2020. Usando sua experiência na compressão de hidrogênio a alta pressão (veja o quadro abaixo), o grupo de Dias publicou um artigo sobre hidreto de enxofre carbonáceo que afirmava mostrar supercondutividade a 288 K sob uma pressão de cerca de 260 GPa (Natureza 586 373).

Na mesma época, Dias co-fundou uma empresa - Unearthly Materials - para comercializar supercondutores à temperatura ambiente e naquele ano o trabalho recebeu um prêmio. 2020 Mundo da física Revelação do ano.

Em 2021, Dias chegou a ser nomeado TIME100 Próximo inovador pelo seu trabalho. “Sejamos claros: hoverboards, trens de levitação magnética e linhas de energia sem resistência não chegarão neste ano ou no próximo”, observou Horário revista. “Mas graças a Ranga Dias, eles estão mais próximos do que nunca.”  

Mas nem tudo foi como parecia. Em 2021, os investigadores levantaram preocupações sobre alguns dos processamentos de dados no artigo, em particular a forma como um fundo foi subtraído das medições de resistência para mostrar a amostra caindo para resistência zero após a temperatura de transição.

A temperatura está subindo

Então, em setembro de 2022, do grupo Natureza o papel foi retraído. “Estabelecemos agora que algumas etapas importantes do processamento de dados – ou seja, as subtrações de fundo aplicadas aos dados brutos usados ​​para gerar os gráficos de suscetibilidade magnética – usaram um procedimento não padronizado e definido pelo usuário”, observou uma atualização editorial escrita pelos autores. do artigo original.

Todos os nove autores do artigo discordaram da decisão de Natureza para se retratar, embora a Universidade de Rochester tenha iniciado três inquéritos internos, dois dos quais foram concluídos em maio de 2022, e outro após a retratação. Rochester anunciou que as investigações não encontraram evidências de má conduta, mas não divulgaram detalhes completos das consultas.

Dias não se intimidou e, depois de proferir a sua palestra na reunião da APS deste ano, o trabalho de sua equipe em Lu-NH foi publicado, novamente em Natureza (615 244).

Em abril, um patente listando Dias como inventor foi publicada (embora apresentado em abril de 2022) para um material de hidreto de lutécio que pode ser supercondutor à temperatura ambiente. Nenhum detalhe da estequiometria exata do material foi, entretanto, fornecido. Mas assim como aconteceu com 2020 Natureza artigo, questões foram levantadas em torno da subtração de fundo no novo estudo.

Também havia preocupações de que a taxa de sucesso declarada na medição da supercondutividade em altas temperaturas em amostras de Lu-NH fosse de apenas cerca de 35%, quando se esperaria que todas as amostras feitas de acordo com uma determinada receita fossem supercondutoras para ajudar na reprodutibilidade.

Ainda sinto que a supercondutividade do hidreto tem uma boa chance de eventualmente fornecer um supercondutor em condições ambientais

David Ceperley

E quando outros pesquisadores tentaram reproduzir as descobertas, falharam. Di Peng, do Instituto de Física do Estado Sólido em Hefei, China, e colegas, por exemplo, encontraram alguns sinais de transição em cerca de 240 K, mas sugerem que não são indicativos de supercondutividade (arXiv: 2307.00201).

Os teóricos que tentaram explicar a supercondutividade em alta temperatura também se depararam com dificuldades. Boeri e colegas mostraram recentemente que não só não conseguiram identificar um único composto no diagrama de fases Lu-NH que pudesse explicar as afirmações extraordinárias de Dias, mas também que os hidretos Lu-NH são supercondutores intrinsecamente de baixa temperatura (Natureza Comun. 14 5367). “Não existe um único artigo teórico que encontre uma explicação plausível para os resultados de Dias”, diz ela.

O apoio ao trabalho de Dias, porém, veio de Hemley, que hoje está na Universidade de Illinois, Chicago. Tendo recebido material preparado pela equipe de Dias, Hemley e colegas mediram a resistência elétrica das amostras sob várias pressões, encontrando evidências de supercondutividade tão alta quanto 276 K a 15 kbar (arXiv: 2306.06301).

“Nossas medições estão em excelente concordância com o que é relatado no Natureza papel”, disse Hemley Mundo da física. “Além disso, a magnitude da queda é ainda maior do que a dos dados anteriores.”

Hemley diz que a análise teórica que ele e seus colegas realizaram mostram que a estrutura eletrônica do Lu-NH é “notável” (arXiv: 2305.18196).

“Com estas descobertas contínuas, a busca por supercondutores que funcionem à temperatura ambiente ou mesmo acima dela, juntamente com a busca pela estabilização desses materiais perto da pressão ambiente, continua muito emocionante”, acrescenta.

A ciência sofrerá se não conseguirmos preservar a integridade acadêmica

Mas havia mais más notícias reservadas para Dias. Em 1º de setembro de 2023 Natureza publicado nota do editor alertando os leitores que o artigo Lu-NH de Dias está sendo investigado.

“A confiabilidade dos dados apresentados neste manuscrito está atualmente em questão,” Natureza disse. “Ações editoriais apropriadas serão tomadas assim que este assunto for resolvido.”

De acordo com um relatório na Wall Street Journal no final de setembro, oito dos 11 autores do artigo do Lu-NH escreveram para Tobias Rödel, editor sênior da Natureza, solicitando a retratação do artigo, alegando que Dias “não agiu de boa fé na preparação e submissão do manuscrito”.

Aparentemente, Rödel respondeu-lhes dentro de alguns dias, observando: “Estamos absolutamente de acordo com o seu pedido de que o artigo seja retirado”. Até agora, os únicos investigadores que se mantiveram fiéis às suas descobertas são Dias e dois dos seus atuais alunos de doutoramento.

David Ceperley da Universidade de Illinois, que escreveu um Artigo de notícias e visualizações para Natureza sobre os resultados do Lu-NH, diz estar “desapontado” com o facto Natureza não fez um trabalho melhor ao revisar o artigo em primeiro lugar.

“Recebemos apenas o manuscrito aceito e não os arquivos de dados ou comentários dos árbitros”, diz ele. “Só depois da publicação do artigo é que soubemos de alguns problemas que poderiam ter sido encontrados anteriormente.”

Seguindo em frente

O que acontecerá com o grupo de Dias é desconhecido. Em agosto, a Universidade de Rochester anunciou que está investigando novamente o trabalho de Dias, embora não se saiba quando essa investigação será concluída. “Infelizmente, o comportamento imprudente de Dias prejudicou a reputação da área e pode levar alguns anos para reparar os danos”, diz Boeri.

Essa visão é apoiada pelo físico da matéria condensada James Hamlin da Universidade da Flórida, que examinou alguns trabalhos do grupo de Dias. “Eu acho que toda a saga é prejudicial para a ciência em geral, e a pesquisa sobre supercondutividade, de forma mais ampla, é combustível para os tipos anticientíficos”, disse ele. Mundo da física. “Isso poderia ter um impacto no financiamento de pesquisas de alta pressão e isso seria lamentável, dado que tem sido uma área tão frutífera, com tantos desenvolvimentos recentes interessantes.”

Hamlin também pensa que as revistas de investigação científica devem alargar as suas comunicações para incluir todos os autores do artigo, em vez de apenas o autor correspondente, quando é levantada uma potencial má conduta na investigação. “Todos os autores estão sujeitos a potenciais danos à reputação devido a uma alegação de má conduta, portanto, todos os autores devem estar a par das comunicações relevantes dos editores desde o início”, acrescenta.

Apesar desses problemas, o trabalho com os hidretos está progredindo. Em julho, Guangtao Liu, da Universidade de Jilin, China, e colegas encontraram supercondutividade de até 110 K a uma pressão de 80 GPa no hidreto ternário LaBeH₈ (Física Rev. Lett. 130 266001).

O supercondutor à temperatura ambiente finalmente chega, um mistério do detector de matéria escura

Embora esta temperatura não seja tão elevada, estes compostos ternários são excitantes porque têm uma variedade potencial de estruturas mais ampla do que os seus primos binários, o que poderia expandir os materiais disponíveis para supercondutividade a alta temperatura. “O campo [de pesquisa de hidretos] é saudável e tem potencial para produzir resultados muito mais inovadores no futuro”, acrescenta Boeri.

Ceperley concorda. “Ainda sinto que a supercondutividade do hidreto tem boas chances de eventualmente fornecer um supercondutor em condições ambientais, o que teria vastas aplicações tecnológicas”, observa ele. “O espaço de possíveis compostos e métodos de fabricação é tão vasto que pode levar algum tempo para encontrá-los.”

Quanto a Dias, recusou-se a comentar este artigo, embora em comentários anteriores nos meios de comunicação social tenha afirmado que mantinha os seus resultados.

Em julho Mundo da física até se ofereceu para publicar uma entrevista com Dias e enviou-lhe um conjunto de perguntas por escrito via Ponto 30, uma agência de relações públicas com sede nos EUA que atua em nome de Dias. Apesar de ter concordado em responder às perguntas, Dias posteriormente desistiu da entrevista.

Mundo da física desde então, soube que 30 Point não funciona mais com Dias.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/