Supraledning "skadad" när forskare vill gå vidare från retraktioner – Physics World

"Jag kommer att presentera ett nytt material för första gången." Så sa fysikern med kondenserad materia Ranga Dias till ett fullsatt konferensrum på Marsmöte i American Physical Society i Las Vegas tidigare i år. Materialet i fråga var kvävedopad lutetiumhydrid, eller Lu-NH, och Dias fortsatte med att beskriva mätningar som påstod sig ha sett bevis för supraledning vid anmärkningsvärda 294 K (ljumma 20 °C) under ett tryck på 1 GPa (10) kbar).

Baserad vid University of Rochester i USA, hävdade Dias att ha observerat många signaturer av supraledning som att det elektriska motståndet sjunker till noll vid en viss övergångstemperatur och materialet som driver ut magnetfältslinjer. Han och hans kollegor mätte också provets specifika värme, som visade en karakteristisk respons vid övergångstemperaturen.

Deras upptäckt verkade markera kulmen på en hundraårig strävan i fysik av kondenserad materia: sökandet efter material som är supraledande under omgivande förhållanden. Men efter talet sa ingen ett ord och det blev inget vilt firande. Dias avslutade helt enkelt sitt föredrag och skickade mikrofonen till nästa talare.

En medlem i publiken frågade om det fanns frågor. "Vi har inte tid", svarade sessionsordförande Minta Akin från Lawrence Livermore National Laboratory, hennes svar hälsades med ett hörbart stön från rummet.

Atmosfären verkade väldigt annorlunda än ett tidigare APS-marsmöte 1987 – den berömda "fysikens Woodstock" i New York City som ägde rum precis efter att de första högtemperatursupraledarna hade upptäckts.

Då fysikerna Georg Bednorz och Alex Muller hade satt världen av kondenserad materiens fysik i brand efter att året innan upptäckte att ett material som innehåller kopparoxid, lantan och barium blev supraledande vid cirka 35 K. Detta var cirka 50 % högre än det tidigare rekordet på 23 K som hade uppnåtts mer än ett decennium tidigare i niob-germanium (Nb₃Ge).

De nya "kuprat"-materialen orsakade ett sådant surr eftersom de inte var metaller utan isolatorer och de erbjöd möjligheten att hitta nya stökiometrier och föreningar som potentiellt skulle kunna nå ännu högre övergångstemperaturer.

En supraledare i rumstemperatur var den heliga graalen, som höll förhoppningen om ett brett spektrum av tillämpningar från ultraeffektiva energinät till medicinska tillämpningar som kräver kraftfulla magneter.

Bednorz och Müller vann senare 1987 års Nobelpris i fysik för upptäckten och under decennierna som följde skapade forskare nya kupratbaserade föreningar som nådde övergångstemperaturer på 133 K vid omgivningstryck och 166 K vid ett tryck på cirka 30 GPa.

Från cuprates till hydrider

Medan cuprates hade varit de facto supraledande kungar under de senaste decennierna, som allt började förändras i mitten av 2010-talet. År 2015 Mikhail Eremets och kollegor vid Max Planck Institute for Chemistry och Johannes Gutenberg University Mainz, båda i Tyskland, observerade supraledning vid 203 K i ett prov av svavelväte.

Även om materialet behövde pressas till 150 GPa (Natur 525 73), 2018 en grupp ledd av Russell Hemley, då vid George Washington University i USA, rapporterade supraledning vid 260 K i lantansuperhydrid, om än fortfarande under tryck på över 180 GPa, arbete som publicerades 2019 (Phys. Pastor Lett. 122 027001).

Samma år rapporterade Eremets team supraledning vid temperaturer upp till 250 K  i lantanhydrid vid 170 GPa (Natur 569 528).

Arbetet med dessa så kallade binära hydrider – föreningar som innehåller väte och ett annat element som vätesulfid – utlöste en "guldrush" i sökandet efter högtemperatursupraledare.

Men det som var mest spännande är att de förutspåddes helt och hållet utifrån beräkningar av de första principerna, med teorier som nästan stämmer överens med experiment.

Dias hänsynslösa beteende har skadat fältets rykte och det kan ta några år att reparera skadan

Lilia Boeri

"Hydriderna har förmodligen varit den enskilt mest spännande upptäckten inom supraledning efter cuprates, och en fantastisk framgångssaga om samspelet mellan teori och experiment", säger teoretisk fysiker Lilia Boeri från universitetet i Rom La Sapienza.

Dias och kollegor gick in i högtemperatursupraledningsspelet 2020. Genom att använda sin erfarenhet av att pressa vätgas till högt tryck (se ruta nedan), Dias grupp publicerade en artikel om kolhaltig svavelhydrid som påstod sig visa supraledning vid 288 K under ett tryck på cirka 260 GPa (Natur 586 373).

Ungefär samtidigt grundade Dias ett företag - Unearthly Materials - för att kommersialisera rumstemperatursupraledare och det året belönades arbetet med en 2020 Fysikvärlden Årets genombrott.

2021 utsågs Dias till och med till en TIME100 Nästa innovatör för sitt arbete. "Låt oss vara tydliga: hoverboards, magnetiska levitationståg och motståndsfria kraftledningar kommer inte i år eller nästa", noterades Tid tidskrift. "Men tack vare Ranga Dias är de närmare än de någonsin varit."  

Men allt var inte som det såg ut. År 2021 väcktes farhågor från forskare om en del av databearbetningen i tidningen, särskilt sättet på vilket en bakgrund hade subtraherats från resistansmätningarna för att visa att provet faller till noll motstånd efter övergångstemperaturen.

Temperaturen stiger

Sedan, i september 2022, gruppens Natur papper drogs in. "Vi har nu fastställt att några viktiga databearbetningssteg - nämligen bakgrundssubtraktionerna som tillämpas på rådata som användes för att generera de magnetiska känslighetsdiagrammen - använde en icke-standardiserad, användardefinierad procedur," noterade en redaktionell uppdatering skriven av författarna av originalpapperet.

Alla nio författare på tidningen höll inte med om beslutet av Natur att dra tillbaka, även om University of Rochester påbörjade tre interna undersökningar, varav två slutfördes i maj 2022, och en annan efter återkallelsen. Rochester meddelade att undersökningarna inte hade hittat några bevis för tjänstefel men att de inte har släppts fullständiga uppgifter om förfrågningarna.

Dias var inte avskräckt och efter att ha hållit sitt föredrag vid APS-mötet i år, hans teams arbete med Lu-NH publicerades, in igen Natur (615 244).

I april a patentlista Dias som uppfinnare publicerades (även om det lämnades in i april 2022) för ett lutetiumhydridmaterial som kan supraledande vid rumstemperatur. Inga detaljer om materialets exakta stökiometri gavs dock. Men precis som med 2020 Natur papper ställdes frågor kring bakgrundssubtraktionen i den nya studien.

Det fanns också farhågor om att den angivna framgångsgraden för att mäta supraledning vid höga temperaturer i Lu-NH-prover endast var cirka 35 %, när man skulle hoppas att alla prover gjorda enligt ett visst recept skulle vara supraledande för att underlätta reproducerbarheten.

Jag känner fortfarande att hydridsupraledning har en god chans att så småningom tillhandahålla en supraledare vid omgivningsförhållanden

David Ceperley

Och när andra forskare försökte reproducera fynden misslyckades de. Di Peng från Institute of Solid State Physics i Hefei, Kina, och kollegor, till exempel, fann några tecken på en övergång vid cirka 240 K, men antyder att de inte tyder på supraledning (arXiv: 2307.00201).

Teoretiker som försökte förklara supraledning vid höga temperaturer fann sig också kämpa. Boeri och kollegor visade nyligen att de inte bara kunde identifiera en enda förening i Lu-NH-fasdiagrammet som kunde förklara Dias extraordinära påståenden, utan också att Lu-NH-hydrider i sig är lågtemperatursupraledare (Nature Commun. 14 5367). "Det finns ingen enskild teoretisk uppsats som hittar en rimlig förklaring till Dias resultat", säger hon.

Stöd för Dias arbete kom dock från Hemley, som nu är vid University of Illinois Chicago. Efter att ha fått material berett av Dias team, mätte Hemley och kollegor den elektriska resistansen hos proverna under olika tryck, och fann bevis för supraledning så hög som 276 K vid 15 kbar (arXiv: 2306.06301).

"Våra mätningar stämmer utmärkt överens med vad som rapporteras i Natur papper”, berättade Hemley Fysikvärlden. "Dessutom är minskningens storlek ännu större än den för tidigare data."

Hemley säger att teoretisk analys som han och kollegor har genomfört visar att den elektroniska strukturen hos Lu-NH är "anmärkningsvärd" (arXiv: 2305.18196).

"Med dessa fortsatta upptäckter förblir jakten på supraledare som fungerar vid eller till och med över rumstemperatur, tillsammans med strävan efter att stabilisera dessa material nära omgivande tryck, mycket spännande", tillägger han.

Vetenskapen kommer att lida om vi misslyckas med att bevara den akademiska integriteten

Men det fanns ytterligare dåliga nyheter för Dias. Den 1 september 2023 Natur publicerade en redaktionell anteckning uppmärksamma läsarna på att Dias Lu-NH-tidning undersöks.

"Tillförlitligheten hos data som presenteras i detta manuskript är för närvarande ifrågasatt," Natur sa. "Lämpliga redaktionella åtgärder kommer att vidtas när detta ärende är löst."

Enligt en rapport i Wall Street Journal i slutet av september hade åtta av de 11 författarna till tidningen Lu-NH skrivit till Tobias Rödel, seniorredaktör på Natur, som begärde att tidningen skulle dras tillbaka och hävdade att Dias "inte har handlat i god tro när det gäller förberedelsen och inlämnandet av manuskriptet".

Uppenbarligen svarade Rödel dem inom några dagar och noterade: "Vi är absolut överens om din begäran om att tidningen ska dras tillbaka." Hittills är de enda forskarna som hållit fast vid sina resultat Dias och två av hans nuvarande doktorander.

David Ceperley från University of Illinois, som skrev en News & Views artikel för Natur om Lu-NH-resultaten, säger att han är "besviken" över det Natur gjorde inte ett bättre jobb med att granska tidningen i första hand.

"Vi fick bara det godkända manuskriptet och inte datafilerna eller referenskommentarerna", säger han. "Det var först efter att tidningen kom ut som vi fick reda på några problem som kunde ha hittats tidigare."

Gå vidare

Vad som kommer att hända angående Dias grupp är okänt. I augusti University of Rochester meddelade att det undersöker Dias arbete igen, även om när den utredningen kommer att vara klar är okänt. "Tyvärr har Dias hänsynslösa beteende skadat fältets rykte och det kan ta några år att reparera skadan", säger Boeri.

Den uppfattningen stöds av fysiker med kondenserad materia James Hamlin från University of Florida, som undersökte en del av Dias grupps arbete. "Jag tror att hela sagan är skadlig för vetenskapen i allmänhet, och superledningsforskning mer och mer allmänt är det bränsle för antivetenskapliga typer," sa han Fysikvärlden. "Det kan ha en inverkan på finansieringen av högtrycksforskning och det skulle vara olyckligt med tanke på att det har varit ett så fruktbart område med så många spännande senaste utvecklingar."

Hamlin tycker också att vetenskapliga forskningstidskrifter bör bredda sin kommunikation till att omfatta alla författare till artikeln snarare än bara motsvarande författare när potentiella forskningsfel tas upp. "Alla författare utsätts för potentiella rykteskada på grund av anklagelser om tjänstefel, så alla författare bör vara insatta i relevant kommunikation från redaktörer från första början", tillägger han.

Trots dessa problem fortskrider arbetet med hydriderna. I juli fann Guangtao Liu från Jilin University, Kina och kollegor supraledning upp till 110 K vid ett tryck på 80 GPa i den ternära hydriden LaBeH₈ (Phys. Pastor Lett. 130 266001).

Rumstemperatursupraledare anländer äntligen, ett mysterium för mörkmateriadetektorer

Även om denna temperatur inte är så hög, är dessa ternära föreningar spännande eftersom de har en bredare potentiell variation av strukturer än deras binära kusiner, vilket kan utöka de material som är tillgängliga för högtemperatursupraledning. "Fältet [hydridforskning] är hälsosamt och har potential att ge många fler banbrytande resultat i framtiden", tillägger Boeri.

Ceperley håller med. "Jag känner fortfarande att hydridsupraledning har en god chans att så småningom tillhandahålla en supraledare vid omgivningsförhållanden, vilket skulle ha stora tekniska tillämpningar," noterar han. "Utrymmet för möjliga föreningar och tillverkningsmetoder är så stort att det kan ta lite tid att hitta dem."

När det gäller Dias avböjde han att kommentera den här artikeln även om han i tidigare mediakommentarer sa att han stod vid sina resultat.

I juli Fysikvärlden erbjöd sig till och med att publicera en intervju med Dias och skickade en uppsättning skriftliga frågor till honom via 30 Point, en USA-baserad PR-byrå som agerar på Dias vägnar. Trots att Dias gick med på att svara på frågorna drog sig senare ur intervjun.

Fysikvärlden har sedan dess fått reda på att 30 Point inte längre fungerar med Dias.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/