Supraconductivitate „deteriorată” în timp ce cercetătorii caută să treacă de la retractii – Physics World

„Voi prezenta un material nou pentru prima dată.” Așa a spus fizicianul materiei condensate Ranga Dias la o sală de conferințe plină la Reuniunea din martie a Societății Americane de Fizică în Las Vegas la începutul acestui an. Materialul în cauză era hidrură de lutețiu dopată cu azot, sau Lu-NH, iar Dias a continuat să descrie măsurători susținând că a văzut dovezi pentru supraconductivitate la o remarcabilă 294 K (o temperatură de 20 °C) sub o presiune de 1 GPa (10). kbar).

Cu sediul la Universitatea din Rochester din SUA, Dias a susținut că a observat multe semne de supraconductivitate, cum ar fi rezistența electrică care scade la zero la o anumită temperatură de tranziție și materialul care alunga liniile câmpului magnetic. El și colegii săi au măsurat, de asemenea, căldura specifică a probei, care a arătat un răspuns caracteristic la temperatura de tranziție.

Descoperirea lor părea să marcheze punctul culminant al unei căutări de un secol în fizica materiei condensate: căutarea materialelor care supraconduc în condiții ambientale. Totuși, în urma discuției, nimeni nu a rostit niciun cuvânt și nu a existat nicio sărbătoare sălbatică. Dias pur și simplu și-a terminat discursul și a trecut microfonul următorului difuzor.

Un membru al publicului a întrebat dacă vor fi întrebări. „Nu avem timp”, a răspuns președintele de sesiune Minta Akin de la Laboratorul Național Lawrence Livermore, răspunsul ei fiind întâmpinat cu un geamăt audibil din cameră.

Atmosfera părea foarte diferită de o întâlnire anterioară a APS din martie din 1987 – faimosul „Woodstock of physics” din New York City, care a avut loc imediat după descoperirea primilor supraconductori de temperatură înaltă.

Pe atunci fizicienii Georg Bednorz și Alex Müller a incendiat lumea fizicii materiei condensate după ce a descoperit cu un an înainte că un material care conținea oxid de cupru, lantan și bariu a devenit supraconductor la aproximativ 35 K. Aceasta a fost cu aproximativ 50% mai mare decât recordul anterior de 23 K, care a fost atins mai mult. decât cu un deceniu mai devreme în niobiu-germaniu (Nb₃GE).

Noile materiale „cuprat” au provocat o astfel de zgomot deoarece nu erau metale, ci izolatori și ofereau posibilitatea de a găsi noi stoichiometrii și compuși care ar putea atinge temperaturi de tranziție și mai mari.

Un supraconductor la temperatura camerei a fost Sfântul Graal, susținând speranța pentru o gamă largă de aplicații, de la rețele energetice ultra-eficiente până la aplicații medicale care necesită magneți puternici.

Bednorz și Müller au câștigat ulterior Premiul Nobel pentru Fizică în 1987 pentru descoperire, iar în deceniile care au urmat cercetătorii au creat noi compuși pe bază de cuprat care au atins temperaturi de tranziție de 133 K la presiunea ambiantă și 166 K la o presiune de aproximativ 30 GPa.

De la cuprați la hidruri

În timp ce cuprații fuseseră cel de facto regii supraconductori din ultimele două decenii, toate acestea au început să se schimbe la mijlocul anilor 2010. În 2015 Mihail Eremets și colegii de la Institutul Max Planck de Chimie și de la Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz, ambele din Germania, au observat supraconductivitate la 203 K într-o probă de hidrogen sulfurat.

Deși materialul trebuia stors la 150 GPa (Natură 525 73), în 2018 un grup condus de Russell Hemley, apoi la Universitatea George Washington din SUA, a raportat supraconductivitate la 260 K în superhidrură de lantan, deși încă sub presiuni de peste 180 GPa, lucru care a fost publicat în 2019 (Fiz. Rev. Lett. 122 027001).

În același an, echipa Eremets a raportat supraconductivitate la temperaturi de până la 250 K  în hidrură de lantan la 170 GPa (Natură 569 528).

Lucrările la aceste așa-numite hidruri binare – compuși care conțin hidrogen și un alt element, cum ar fi hidrogenul sulfurat – au declanșat o „gopă după aur” în căutarea supraconductorilor la temperatură înaltă.

Dar ceea ce a fost cel mai interesant este că au fost prezise în întregime din calcule de la primele principii, teoria fiind de acord aproape perfect cu experimentul.

Comportamentul neconsiderat al lui Dias a prejudiciat reputația terenului și poate dura câțiva ani pentru a repara pagubele

Lilia Boeri

„Hidrurile au fost probabil cea mai interesantă descoperire în supraconductivitate după cuprați și o poveste de succes uimitoare a interacțiunii dintre teorie și experiment”, spune fizicianul teoretician. Lilia Boeri de la Universitatea din Roma La Sapienza.

Dias și colegii au intrat în jocul de supraconductivitate la temperatură înaltă în 2020. Folosindu-și experiența de a stoarce hidrogenul la presiune înaltă (vezi caseta de mai jos), grupul lui Dias a publicat o lucrare despre hidrura de sulf carbonoasă care pretindea că prezintă supraconductivitate la 288 K sub o presiune de aproximativ 260 GPa (Natură 586 373).

Aproximativ în aceeași perioadă, Dias a co-fondat o companie – Unearthly Materials – pentru a comercializa supraconductori la temperatura camerei, iar în acel an lucrarea a primit un premiu. 2020 Lumea fizicii Descoperirea anului.

În 2021, Dias a fost chiar numit ca a TIME100 Următorul inovator pentru munca lui. „Să fim clari: hoverboard-urile, trenurile cu levitație magnetică și liniile electrice fără rezistență nu vor veni anul acesta și nici anul viitor”, a menționat Timp revistă. „Dar datorită lui Ranga Dias, ei sunt mai apropiați decât au fost vreodată.”  

Dar nu totul a fost așa cum părea. În 2021, cercetătorii și-au exprimat îngrijorarea cu privire la unele dintre procesarea datelor din lucrare, în special la modul în care un fundal a fost scăzut din măsurătorile de rezistență pentru a arăta că proba scade la rezistența zero după temperatura de tranziție.

Temperatura crește

Apoi, în septembrie 2022, a grupului Natură hârtie a fost retrasă. „Am stabilit acum că unii pași cheie de procesare a datelor - și anume, scăderile de fundal aplicate datelor brute utilizate pentru a genera diagramele de susceptibilitate magnetică - au folosit o procedură non-standard, definită de utilizator", a menționat o actualizare editorială scrisă de autori. a hârtiei originale.

Toți cei nouă autori ai lucrării nu au fost de acord cu decizia lui Natură să se retragă, deși Universitatea din Rochester a început trei anchete interne, dintre care două au fost finalizate în mai 2022 și alta după retragere. Rochester a anunțat că investigațiile nu au găsit nicio dovadă de abatere, dar nu au eliberat detalii complete ale anchetelor.

Dias nu s-a descurajat și, după ce a ținut discursul la ședința APS din acest an, munca echipei sale pe Lu-NH a fost publicată, din nou în Natură (615 244).

În aprilie, a brevetul pe Dias ca inventator a fost publicat (deși depus în aprilie 2022) pentru un material hidrură de lutețiu care poate supraconduce la temperatura camerei. Cu toate acestea, nu au fost date detalii despre stoichiometria exactă a materialului. Dar la fel ca în 2020 Natură hârtie, au fost ridicate întrebări în jurul scăderii de fond în noul studiu.

Au existat, de asemenea, îngrijorări că rata de succes declarată a măsurării supraconductivității la temperaturi ridicate în probele Lu-NH a fost de numai aproximativ 35%, când s-ar spera că toate probele făcute după o anumită rețetă vor fi supraconductoare pentru a ajuta reproductibilitatea.

Încă mai simt că supraconductivitatea hidrură are șanse mari de a furniza în cele din urmă un supraconductor în condiții ambientale

David Ceperley

Și când alți cercetători au încercat să reproducă descoperirile, au eșuat. Di Peng de la Institutul de Fizică a Solidelor din Hefei, China, și colegii săi, de exemplu, au găsit câteva semne ale unei tranziții la aproximativ 240 K, dar sugerează că nu sunt indicative pentru supraconductivitate (arXiv: 2307.00201).

Teoreticienii care au încercat să explice supraconductivitatea la temperatură înaltă s-au trezit și ei în dificultate. Boeri și colegii săi au arătat recent că nu numai că nu au putut identifica un singur compus în diagrama de fază Lu-NH care ar putea explica afirmațiile extraordinare ale lui Dias, ci și că hidrurile de Lu-NH sunt supraconductori intrinsec la temperatură joasă (Natura Comuni. 14 5367). „Nu există o singură lucrare teoretică care să găsească o explicație plauzibilă pentru rezultatele lui Dias”, spune ea.

Sprijinul pentru munca lui Dias a venit însă de la Hemley, care acum este la Universitatea din Illinois din Chicago. După ce au primit material pregătit de echipa lui Dias, Hemley și colegii au măsurat rezistența electrică a probelor sub diferite presiuni, găsind dovezi pentru supraconductivitate de până la 276 K la 15 kbar (arXiv: 2306.06301).

„Măsurătorile noastre sunt în acord excelent cu ceea ce este raportat în Natură hârtie”, a spus Hemley Lumea fizicii. „Mai mult, amploarea scăderii este chiar mai mare decât cea a datelor anterioare.”

Hemley spune că analiza teoretică pe care el și colegii le-au efectuat arată că structura electronică a Lu-NH este „remarcabilă” (arXiv: 2305.18196).

„Cu aceste descoperiri continue, căutarea supraconductorilor care funcționează la sau chiar peste temperatura camerei, împreună cu căutarea de a stabiliza aceste materiale în apropierea presiunii ambientale, rămâne foarte interesantă”, adaugă el.

Știința va avea de suferit dacă nu reușim să păstrăm integritatea academică

Dar mai erau vești proaste pentru Dias. La 1 septembrie 2023 Natură publicat o notă a editorului alertând cititorii că lucrarea lui Dias Lu-NH este investigată.

„Fiabilitatea datelor prezentate în acest manuscris este în prezent sub semnul întrebării”, Natură a spus. „Vor fi luate măsuri editoriale corespunzătoare odată ce această problemă va fi rezolvată.”

Potrivit unui raport în Wall Street Journal la sfârșitul lunii septembrie, opt dintre cei 11 autori ai lucrării Lu-NH îi scriseseră lui Tobias Rödel, editor principal la Natură, solicitând retragerea lucrării, susținând că Dias „nu a acționat cu bună-credință în ceea ce privește pregătirea și depunerea manuscrisului”.

Aparent, Rödel le-a răspuns în câteva zile, menționând: „Suntem absolut de acord cu solicitarea dumneavoastră ca lucrarea să fie retrasă”. Până acum, singurii cercetători care s-au ținut de descoperirile lor sunt Dias și doi dintre actualii săi doctoranzi.

David Ceperley de la Universitatea din Illinois, care a scris a Articol de știri și vizualizări pentru Natură despre rezultatele Lu-NH, spune că este „dezamăgit” de faptul că Natură nu a făcut o treabă mai bună de a revizui lucrarea în primul rând.

„Ni s-au furnizat doar manuscrisul acceptat și nu fișierele de date sau comentariile arbitrului”, spune el. „Abia după ce a apărut lucrarea am aflat despre unele probleme care ar fi putut fi găsite mai devreme.”

Trecând peste

Ce se va întâmpla cu grupul lui Dias nu se știe. În august, Universitatea din Rochester a anunțat că investighează din nou munca lui Dias, deși nu se știe când se va finaliza investigația. „Din păcate, comportamentul neconsiderat al lui Dias a afectat reputația terenului și poate dura câțiva ani pentru a repara pagubele”, spune Boeri.

Această viziune este susținută de un fizician al materiei condensate James Hamlin de la Universitatea din Florida, care a examinat unele dintre lucrările grupului lui Dias. „Cred că întreaga saga dăunează științei în general, iar cercetarea în supraconductivitate mai mult și mai larg este combustibil pentru tipurile anti-știință”, a spus el. Lumea fizicii. „Ar putea avea un impact asupra finanțării cercetării de înaltă presiune și ar fi regretabil, având în vedere că a fost un domeniu atât de fructuos, cu atât de multe evoluții recente interesante.”

Hamlin consideră, de asemenea, că revistele de cercetare științifică ar trebui să-și extindă comunicările pentru a include toți autorii lucrării, mai degrabă decât doar autorul corespunzător, atunci când este ridicată o potențială conduită greșită în cercetare. „Toți autorii sunt supuși unei potențiale prejudicii reputaționale din cauza unei acuzații de abatere, așa că toți autorii ar trebui să fie la curent cu comunicările relevante din partea editorilor încă de la început”, adaugă el.

În ciuda acestor probleme, lucrările la hidruri progresează. În iulie, Guangtao Liu de la Universitatea Jilin, China, și colegii sai au descoperit o supraconductivitate de până la 110 K la o presiune de 80 GPa în hidrura ternară LaBeH₈ (Fizic. Pr. Lett. 130 266001).

Superconductorul la temperatura camerei sosește în sfârșit, un mister al detectorului de materie întunecată

Deși această temperatură nu este atât de mare, acești compuși ternari sunt incitanți, deoarece au o varietate potențială mai mare de structuri decât verii lor binari, care ar putea extinde materialele disponibile pentru supraconductivitate la temperatură înaltă. „Domeniul [cercetării hidrurii] este sănătos și are potențialul de a produce mai multe rezultate inovatoare în viitor”, adaugă Boeri.

Ceperley este de acord. „Încă simt că supraconductivitatea hidrură are șanse mari de a furniza în cele din urmă un supraconductor în condiții ambientale, care ar avea aplicații tehnologice vaste”, notează el. „Spațiul posibililor compuși și metode de fabricare este atât de vast încât poate dura ceva timp pentru a le găsi.”

În ceea ce privește Dias, el a refuzat să comenteze pentru acest articol, deși în comentariile anterioare din presă el a spus că își susține rezultatele.

În iulie Lumea fizicii chiar sa oferit să publice un interviu cu Dias și i-a trimis un set de întrebări scrise prin intermediul Punct 30, o agenție de PR din SUA care acționează în numele lui Dias. În ciuda faptului că a fost de acord să răspundă la întrebări, Dias s-a retras ulterior din interviu.

Lumea fizicii a aflat de atunci că 30 Point nu mai funcționează cu Dias.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/