Надпровідність «пошкоджена», оскільки дослідники прагнуть відійти від ретракції – Physics World

«Я збираюся представити новий матеріал вперше». Так сказав фізик конденсованих систем Ранга Діас до переповненого конференц-залу в Березневе засідання Американського фізичного товариства у Лас-Вегасі на початку цього року. Матеріалом, про який йде мова, був гідрид лютецію, легований азотом, або Lu-NH, і Діас продовжив опис вимірювань, стверджуючи, що бачив докази надпровідності при вражаючих 294 К (м’які 20 °C) під тиском 1 ГПа (10 кбар).

Працюючи в Університеті Рочестера в США, Діас стверджував, що спостерігав багато ознак надпровідності, таких як електричний опір, що падає до нуля при певній температурі переходу, і матеріал, що витісняє лінії магнітного поля. Він і його колеги також виміряли питому теплоємність зразка, яка показала характерну реакцію при температурі переходу.

Їх знахідка стала кульмінацією столітнього пошуку у фізиці конденсованого середовища: пошуку матеріалів, які є надпровідними в умовах навколишнього середовища. Проте після розмови ніхто не промовив ні слова, і бурхливого святкування не було. Діас просто закінчив свій виступ і передав мікрофон наступному спікеру.

Хтось із присутніх запитав, чи будуть запитання. «У нас немає часу», — відповіла голова сесії Мінта Акін з Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса, її відповідь зустріла чутним стогоном з кімнати.

Атмосфера, здавалося, дуже відрізнялася від попередньої березневої зустрічі APS у 1987 році – знаменитого «Вудстока фізики» в Нью-Йорку, який відбувся одразу після відкриття перших високотемпературних надпровідників.

Тоді фізики Георг Беднорц і Алекс Мюллер спалахнув світ фізики конденсованих середовищ після відкриття роком раніше, що матеріал, що містить оксид міді, лантан і барій, став надпровідним приблизно за 35 К. Це приблизно на 50% вище попереднього рекорду 23 К, який був досягнутий більше ніж десятиліттям раніше в ніобій-германій (Nb₃Ge).

Нові «купратні» матеріали викликали такий галас, оскільки вони були не металами, а ізоляторами, і вони пропонували можливість знайти нові стехіометрії та сполуки, які потенційно могли б досягти ще вищих температур переходу.

Надпровідник кімнатної температури був святим Граалем, що дає надію на широкий спектр застосувань від надефективних енергетичних мереж до медичних застосувань, які потребують потужних магнітів.

Пізніше Беднорц і Мюллер отримали Нобелівську премію з фізики 1987 року за відкриття, а в наступні десятиліття дослідники створили нові сполуки на основі купратів, які досягли температур переходу 133 К при тиску навколишнього середовища та 166 К при тиску близько 30 ГПа.

Від купратів до гідридів

Тоді як купрати були де-факто надпровідних царів за останні пару десятиліть, що все почало змінюватися в середині 2010-х років. У 2015 році Михайло Єремець і його колеги з Інституту хімії Макса Планка та Університету Йоганна Гутенберга в Майнці, обидва в Німеччині, спостерігали надпровідність при 203 K у зразку сірководню.

Хоча матеріал потрібно було стиснути до 150 ГПа (природа 525 73), у 2018 році група під керівництвом Рассел Хемлі, тоді в Університеті Джорджа Вашингтона в США, повідомив про надпровідність при 260 K у супергідриді лантану, хоча все ще під тиском понад 180 ГПа, робота була опублікована в 2019 році (Фіз. Rev. Lett. 122 027001).

Того ж року команда Еремця повідомила про надпровідність при температурах до 250 К  в гідриді лантану при 170 ГПа (природа 569 528).

Робота над цими так званими бінарними гідридами – сполуками, які містять водень і ще один елемент, наприклад сірководень – викликала «золоту лихоманку» в пошуках високотемпературних надпровідників.

Але найбільш захоплюючим було те, що вони були передбачені виключно на основі розрахунків перших принципів, причому теорія майже ідеально узгоджувалася з експериментом.

Неуважна поведінка Діаса завдала шкоди репутації галузі, і може знадобитися кілька років, щоб усунути шкоду

Лілія Боєрі

«Гідриди, мабуть, були найбільш захоплюючим відкриттям у надпровідності після купратів і дивовижною історією успіху взаємодії між теорією та експериментом», — каже фізик-теоретик. Лілія Боєрі з Римського університету La Sapienza.

Діас і його колеги зайнялися високотемпературною надпровідністю у 2020 році. Використовуючи його досвід стискання водню до високого тиску (див. рамку нижче), група Діаса опублікував статтю про гідрид вуглецевої сірки який стверджував, що демонструє надпровідність при 288 К під тиском приблизно 260 ГПа (природа 586 373).

Приблизно в той же час Діас став співзасновником компанії — Unearthly Materials — для комерціалізації надпровідників кімнатної температури, і того року робота була нагороджена 2020 Світ фізики Прорив року.

У 2021 році Діаса навіть назвали а TIME100 Наступний новатор за його роботу. «Давайте прояснимо: ховерборди, поїзди на магнітній подушці та лінії електропередач без опору не з’являться ні в цьому, ні в наступному році», — зазначив Time журнал. «Але завдяки Рангі Діас вони ближчі, ніж коли-небудь».  

Але не все було так, як здавалося. У 2021 році дослідники висловили занепокоєння з приводу обробки деяких даних у статті, зокрема того, як фон було вилучено з вимірювань опору, щоб показати, що зразок падає до нульового опору після температури переходу.

Температура підвищується

Тоді у вересні 2022 р. групи природа папір було відкликано. «Тепер ми встановили, що деякі ключові кроки обробки даних, а саме фонове віднімання, застосоване до необроблених даних, які використовуються для створення графіків магнітної сприйнятливості, використовували нестандартну, визначену користувачем процедуру», — зазначається в редакційному повідомленні, написаному авторами. оригінального паперу.

Усі дев'ять авторів статті не погодилися з рішенням природа відкликати, хоча Університет Рочестера розпочав три внутрішні розслідування, два з яких було завершено в травні 2022 року, а ще одне – після відкликання. Рочестер оголосив, що розслідування не знайшло доказів неправомірної поведінки, але не оприлюднив повна інформація про запити.

Діас не злякався, і після виступу на зустрічі APS цього року, була опублікована робота його команди щодо Lu-NH, знову в природа (615 244).

У квітні а був опублікований патент, у якому Діас є винахідником (хоча подано у квітні 2022 року) для матеріалу гідриду лютецію, який може бути надпровідним за кімнатної температури. Однак жодних деталей щодо точної стехіометрії матеріалу не було надано. Але як і з 2020 р природа статті, були підняті питання щодо віднімання фону в новому дослідженні.

Існували також занепокоєння, що заявлений рівень успішності вимірювання надпровідності при високих температурах у зразках Lu-NH становив лише близько 35%, тоді як можна було сподіватися, що всі зразки, виготовлені за певним рецептом, будуть надпровідними для сприяння відтворюваності.

Я все ще вважаю, що гідридна надпровідність має хороші шанси зрештою створити надпровідник за умов навколишнього середовища

Девід Сеперлі

І коли інші дослідники спробували відтворити знахідки, вони зазнали невдачі. Ді Пенг з Інституту фізики твердого тіла в Хефеї, Китай, і його колеги, наприклад, виявили деякі ознаки переходу приблизно при 240 К, але припускають, що вони не вказують на надпровідність (arXiv: 2307.00201).

Теоретики, які намагалися пояснити високотемпературну надпровідність, теж відчували труднощі. Боері та його колеги нещодавно показали, що вони не тільки не можуть ідентифікувати жодної сполуки на фазовій діаграмі Lu-NH, яка могла б пояснити надзвичайні твердження Діаса, але й те, що гідриди Lu-NH за своєю суттю є низькотемпературними надпровідниками (Природа Комун. 14 5367). «Немає єдиної теоретичної статті, яка б знайшла правдоподібне пояснення результатів Діаса», — каже вона.

Проте підтримка роботи Діаса надійшла від Гемлі, який зараз працює в Університеті Іллінойсу в Чикаго. Отримавши матеріал, підготовлений командою Діаса, Хемлі та його колеги виміряли електричний опір зразків під різними тисками, виявивши докази надпровідності до 276 К при 15 кбар (arXiv: 2306.06301).

«Наші вимірювання чудово узгоджуються з тим, що повідомляється в природа папір", - сказав Хемлі Світ фізики. «Більше того, масштаби падіння навіть більші, ніж попередні дані».

Гемлі каже, що теоретичний аналіз, проведений ним та його колегами, показує, що електронна структура Lu-NH є «чудовою» (arXiv: 2305.18196).

«Завдяки цим постійним відкриттям пошук надпровідників, які функціонують при кімнатній температурі або навіть вище, разом із пошуком стабілізації цих матеріалів поблизу тиску навколишнього середовища, залишається дуже захоплюючим», – додає він.

Наука постраждає, якщо ми не зможемо зберегти академічну доброчесність

Але Діаса чекали й інші погані новини. 1 вересня 2023 р природа опублікований примітка редактора попереджаючи читачів, що стаття Діаса Lu-NH розслідується.

«Надійність даних, представлених у цьому рукописі, наразі під питанням», природа сказав. «Відповідні редакційні дії будуть вжиті, коли це питання буде вирішено».

Згідно з доповіддю в Wall Street Journal наприкінці вересня вісім з 11 авторів статті Lu-NH написали Тобіасу Ределю, старшому редактору природа, вимагаючи відкликати статтю, стверджуючи, що Діас «не діяв сумлінно щодо підготовки та подання рукопису».

Очевидно, Редель відповів їм протягом кількох днів, зазначивши: «Ми повністю згодні з вашим проханням відкликати документ». Поки що єдиними дослідниками, які дотримуються своїх висновків, є Діас і двоє його нинішніх аспірантів.

Девід Сеперлі з Університету Іллінойсу, який написав а Новини та перегляди статті для природа про результати Lu-NH каже, що він «розчарований» цим природа не впорався з рецензуванням статті.

«Нам надали лише прийнятий рукопис, а не файли даних чи коментарі експертів», — каже він. «Тільки після виходу газети ми дізналися про деякі проблеми, які могли бути виявлені раніше».

Жити далі

Що буде з групою Діаса, невідомо. У серпні Рочестерський університет оголосив, що знову розслідує роботу Діаса, хоча коли це розслідування завершиться, невідомо. «На жаль, необачна поведінка Діаса завдала шкоди репутації галузі, і може знадобитися кілька років, щоб усунути збитки», — каже Боері.

Цю точку зору підтримує фізик конденсованих середовищ Джеймс Хемлін з Університету Флориди, який вивчав деякі роботи групи Діаса. «Я справді вважаю, що вся ця епопея завдає шкоди науці в цілому, а дослідження надпровідності тим більше й у ширшому плані — це паливо для антинаукових типів», — сказав він Світ фізики. «Це може вплинути на фінансування досліджень високого тиску, і це було б сумно, враховуючи, що це була така плідна сфера з багатьма цікавими нещодавніми розробками».

Гемлін також вважає, що науково-дослідницькі журнали повинні розширити свою комунікацію, щоб включити всіх авторів статті, а не лише автора-кореспондента, коли виникає питання про потенційну неправомірну поведінку дослідження. «Усі автори зазнають потенційної шкоди репутації через звинувачення в неправомірній поведінці, тому всі автори повинні бути в курсі відповідних повідомлень від редакторів із самого початку», — додає він.

Незважаючи на ці проблеми, робота над гідридами просувається. У липні Guangtao Liu з університету Цзілінь, Китай, і його колеги виявили надпровідність до 110 К при тиску 80 ГПа в потрійному гідриді LaBeH₈ (Фіз. Преподобний Лет. 130 266001).

Нарешті з’явився надпровідник кімнатної температури, таємниця детектора темної матерії

Хоча ця температура не така висока, ці потрійні сполуки є захоплюючими, оскільки вони мають ширшу потенційну різноманітність структур, ніж їхні двоюрідні брати, що може розширити матеріали, доступні для високотемпературної надпровідності. «Сфера [дослідження гідридів] є здоровою та має потенціал, щоб дати ще багато новаторських результатів у майбутньому», — додає Боері.

Цеперлі погоджується. «Я все ще відчуваю, що гідридна надпровідність має хороші шанси врешті-решт створити надпровідник в умовах навколишнього середовища, який матиме широке технологічне застосування», — зазначає він. «Простір можливих сполук і методів виготовлення настільки великий, що для їх пошуку може знадобитися деякий час».

Що стосується Діаса, він відмовився коментувати цю статтю, хоча в попередніх коментарях ЗМІ він сказав, що підтримує свої результати.

В липні Світ фізики навіть запропонував опублікувати інтерв’ю з Діасом і надіслав йому ряд письмових запитань Точка 30, американське PR-агентство, яке діє від імені Діаса. Незважаючи на те, що Діас погодився відповісти на запитання, пізніше він відмовився від інтерв’ю.

Світ фізики з тих пір дізнався, що 30 Point більше не працює з Dias.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/