Tính siêu dẫn bị 'hư hỏng' khi các nhà nghiên cứu tìm cách tiến lên từ sự co lại – Vật lý Thế giới

“Lần đầu tiên tôi sẽ giới thiệu một loại vật liệu mới.” Nhà vật lý vật chất ngưng tụ đã nói như vậy Ranga Dias đến một phòng hội nghị đông đúc ở Cuộc họp tháng XNUMX của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ ở Las Vegas vào đầu năm nay. Vật liệu được đề cập là lutetium hydrua pha tạp nitơ, hay Lu-NH, và Dias tiếp tục mô tả các phép đo khẳng định đã thấy bằng chứng về tính siêu dẫn ở nhiệt độ đáng chú ý là 294 K (nhiệt độ cân bằng 20 °C) dưới áp suất 1 GPa (10). kbar).

Có trụ sở tại trường Đại học Rochester ở Mĩ, Dias tuyên bố đã quan sát thấy nhiều dấu hiệu của tính siêu dẫn, chẳng hạn như điện trở giảm xuống XNUMX ở một nhiệt độ chuyển tiếp cụ thể và vật liệu phóng ra các đường sức từ. Ông và các đồng nghiệp cũng đo nhiệt dung riêng của mẫu, cho thấy phản ứng đặc trưng ở nhiệt độ chuyển tiếp.

Phát hiện của họ dường như đánh dấu đỉnh cao của cuộc tìm kiếm kéo dài hàng thế kỷ trong ngành vật lý vật chất ngưng tụ: tìm kiếm những vật liệu siêu dẫn trong điều kiện môi trường xung quanh. Tuy nhiên, sau cuộc nói chuyện, không ai nói một lời nào và cũng không có màn ăn mừng rầm rộ nào cả. Dias vừa kết thúc bài nói của mình và chuyển micro cho người phát biểu tiếp theo.

Một thành viên của khán giả hỏi liệu có câu hỏi nào không. “Chúng tôi không có thời gian,” người chủ trì phiên họp Minta Akin từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore trả lời, câu trả lời của cô được chào đón bằng một tiếng rên rỉ có thể nghe được từ căn phòng.

Bầu không khí dường như rất khác so với cuộc họp APS tháng 1987 năm XNUMX trước đó – “Woodstock về vật lý” nổi tiếng ở Thành phố New York diễn ra ngay sau khi chất siêu dẫn nhiệt độ cao đầu tiên được phát hiện.

Hồi đó các nhà vật lý Georg Bednorz và Alex Muller đã làm bừng sáng thế giới vật lý vật chất ngưng tụ sau khi phát hiện ra một năm trước đó rằng một vật liệu chứa oxit đồng, lanthanum và bari trở nên siêu dẫn ở nhiệt độ khoảng 35 K. Con số này cao hơn khoảng 50% so với kỷ lục trước đó là 23 K mà người ta đã đạt được nhiều hơn thế. hơn một thập kỷ trước đó ở niobium-germanium (Nb₃Ge).

Các vật liệu “cuprate” mới đã gây được tiếng vang lớn như vậy vì chúng không phải là kim loại mà là chất cách điện và chúng mang lại khả năng tìm ra các phép đo lượng hóa học và các hợp chất mới có khả năng đạt tới nhiệt độ chuyển tiếp cao hơn nữa.

Chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng chính là chén thánh, mang lại hy vọng cho nhiều ứng dụng từ lưới năng lượng cực kỳ hiệu quả đến các ứng dụng y tế đòi hỏi nam châm mạnh.

Bednorz và Müller sau đó đã đoạt giải Nobel Vật lý năm 1987 cho khám phá này và trong những thập kỷ tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các hợp chất dựa trên cuprate mới đạt tới nhiệt độ chuyển tiếp 133 K ở áp suất xung quanh và 166 K ở áp suất khoảng 30 GPa.

Từ cuprate đến hydrua

Trong khi cuprates đã là trên thực tế vua siêu dẫn trong vài thập kỷ qua, tất cả bắt đầu thay đổi vào giữa những năm 2010. Trong năm 2015 Mikhail Eremet và các đồng nghiệp tại Viện Hóa học Max Planck và Đại học Johannes Gutenberg Mainz, cả hai đều ở Đức, đã quan sát thấy hiện tượng siêu dẫn ở nhiệt độ 203 K trong một mẫu hydro sunfua.

Mặc dù vật liệu cần được ép tới 150 GPa (Thiên nhiên 525 73), năm 2018 một nhóm do Russel Hemley, sau đó tại Đại học George Washington ở Hoa Kỳ, đã báo cáo tính siêu dẫn ở 260 K trong lanthanum superhydride, mặc dù vẫn chịu áp suất trên 180 GPa, công trình được xuất bản vào năm 2019 (Thể chất. Rev. Lett. 122 027001).

Cùng năm đó đội của Eremets báo cáo tính siêu dẫn ở nhiệt độ lên tới 250 K  trong lanthanum hydrua ở 170 GPa (Thiên nhiên 569 528).

Nghiên cứu về những cái gọi là hydrua nhị phân này – những hợp chất chứa hydro và một nguyên tố khác như hydro sunfua – đã gây ra “cơn sốt vàng” trong việc tìm kiếm chất siêu dẫn nhiệt độ cao.

Nhưng điều thú vị nhất là chúng được dự đoán hoàn toàn từ những tính toán dựa trên những nguyên lý đầu tiên, với lý thuyết gần như phù hợp hoàn hảo với thực nghiệm.

Hành vi thiếu suy nghĩ của Dias đã làm tổn hại đến danh tiếng của giới và có thể phải mất vài năm nữa mới khắc phục được thiệt hại

Lilia Boeri

Nhà vật lý lý thuyết cho biết: “Các hydrua có lẽ là khám phá thú vị nhất về tính siêu dẫn sau cuprate và là một câu chuyện thành công đáng kinh ngạc về sự tương tác giữa lý thuyết và thí nghiệm”. Lilia Boeri từ Đại học Rome La Sapienza.

Dias và các đồng nghiệp bước vào cuộc chơi siêu dẫn nhiệt độ cao vào năm 2020. Sử dụng kinh nghiệm ép hydro đến áp suất cao (xem hộp bên dưới), nhóm của Dias đã xuất bản một bài báo về hydrua lưu huỳnh cacbonat tuyên bố thể hiện tính siêu dẫn ở 288 K dưới áp suất khoảng 260 GPa (Thiên nhiên 586 373).

Cùng thời gian đó Dias đồng sáng lập một công ty - Vật liệu khai quật - để thương mại hóa chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng và năm đó công trình đã được trao giải thưởng 2020 Thế giới vật lý Đột phá của năm.

Vào năm 2021, Dias thậm chí còn được mệnh danh là TIME100 Nhà đổi mới tiếp theo cho công việc của mình “Hãy nói rõ: ván trượt, tàu bay từ trường và đường dây điện không có điện trở sẽ không xuất hiện trong năm nay hoặc năm tới,” lưu ý Thời gian tạp chí. “Nhưng nhờ Ranga Dias, họ đã thân thiết hơn bao giờ hết.”  

Nhưng không phải mọi thứ đều như nó có vẻ. Vào năm 2021, các nhà nghiên cứu đã nêu lên mối lo ngại về một số cách xử lý dữ liệu trong bài báo, đặc biệt là cách mà nền đã bị trừ khỏi các phép đo điện trở để cho thấy mẫu giảm về điện trở bằng XNUMX sau nhiệt độ chuyển tiếp.

Nhiệt độ đang tăng lên

Sau đó, vào tháng 2022 năm XNUMX, nhóm Thiên nhiên giấy đã được rút lại. “Chúng tôi hiện đã xác định rằng một số bước xử lý dữ liệu quan trọng – cụ thể là phép trừ nền được áp dụng cho dữ liệu thô được sử dụng để tạo ra các biểu đồ độ nhạy từ tính – đã sử dụng quy trình không chuẩn, do người dùng xác định”, một bản cập nhật biên tập được viết bởi các tác giả cho biết. của tờ giấy gốc.

Tất cả chín tác giả trên bài báo đều không đồng ý với quyết định của Thiên nhiên rút lại, mặc dù Đại học Rochester đã bắt đầu ba cuộc điều tra nội bộ, hai trong số đó đã được hoàn thành vào tháng 2022 năm XNUMX và một cuộc điều tra khác sau khi rút lại. Rochester thông báo rằng các cuộc điều tra không tìm thấy bằng chứng nào về hành vi sai trái nhưng vẫn chưa công bố đầy đủ chi tiết các yêu cầu.

Dias không hề nản lòng và sau khi phát biểu tại cuộc họp APS năm nay, công trình của nhóm ông về Lu-NH đã được xuất bản, một lần nữa trong Thiên nhiên (615 244).

Vào tháng Tư, một danh sách bằng sáng chế Dias là nhà phát minh đã được công bố (mặc dù đã nộp đơn vào tháng 2022 năm 2020) cho một vật liệu luteti hydrua có thể siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, không có chi tiết nào về phép cân bằng hóa học chính xác của vật liệu được đưa ra. Nhưng cũng giống như năm XNUMX Thiên nhiên giấy, các câu hỏi đã được đặt ra xung quanh phép trừ nền trong nghiên cứu mới.

Cũng có những lo ngại rằng tỷ lệ thành công đã nêu của phép đo tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao trong các mẫu Lu-NH chỉ khoảng 35%, khi người ta hy vọng rằng tất cả các mẫu được chế tạo theo một công thức nhất định sẽ là chất siêu dẫn để hỗ trợ khả năng tái tạo.

Tôi vẫn cảm thấy rằng chất siêu dẫn hydrua có cơ hội tốt để cung cấp chất siêu dẫn ở điều kiện xung quanh

David Ceperley

Và khi các nhà nghiên cứu khác cố gắng tái tạo lại những phát hiện này, họ đã thất bại. Chẳng hạn, Di Peng từ Viện Vật lý chất rắn ở Hợp Phì, Trung Quốc và các đồng nghiệp đã tìm thấy một số dấu hiệu của sự chuyển tiếp ở khoảng 240 K, nhưng cho thấy chúng không phải là dấu hiệu của tính siêu dẫn (arXiv: 2307.00201).

Các nhà lý thuyết cố gắng giải thích tính siêu dẫn nhiệt độ cao cũng gặp khó khăn. Boeri và các đồng nghiệp gần đây đã chỉ ra rằng họ không những không thể xác định được một hợp chất đơn lẻ trong sơ đồ pha Lu-NH có thể giải thích những tuyên bố đặc biệt của Dias, mà cả rằng Lu-NH hydrua về bản chất là chất siêu dẫn nhiệt độ thấp (Cộng đồng thiên nhiên 14 5367). “Không có một bài báo lý thuyết nào có thể tìm ra lời giải thích hợp lý cho kết quả của Dias,” cô nói.

Tuy nhiên, sự ủng hộ cho công việc của Dias lại đến từ Hemley, hiện đang làm việc tại Đại học Illinois Chicago. Sau khi được nhóm của Dias đưa cho vật liệu đã chuẩn bị, Hemley và các đồng nghiệp đã đo điện trở của các mẫu dưới nhiều áp suất khác nhau, tìm ra bằng chứng cho tính siêu dẫn cao tới 276 K ở áp suất 15 kbar (arXiv: 2306.06301).

“Các phép đo của chúng tôi hoàn toàn phù hợp với những gì được báo cáo trong Thiên nhiên giấy,” Hemley nói với Thế giới vật lý. “Hơn nữa, mức độ sụt giảm thậm chí còn lớn hơn dữ liệu trước đó”.

Hemley nói rằng phân tích lý thuyết mà ông và các đồng nghiệp đã thực hiện cho thấy cấu trúc điện tử của Lu-NH là “đáng chú ý” (arXiv: 2305.18196).

Ông cho biết thêm: “Với những khám phá liên tục này, việc theo đuổi các chất siêu dẫn hoạt động ở nhiệt độ bằng hoặc thậm chí cao hơn nhiệt độ phòng, cùng với nhiệm vụ ổn định các vật liệu này gần với áp suất xung quanh, vẫn rất thú vị”.

Khoa học sẽ bị ảnh hưởng nếu chúng ta không giữ được tính toàn vẹn trong học thuật

Nhưng còn có tin xấu nữa đang chờ đợi Dias. Vào ngày 1 tháng 2023 năm XNUMX Thiên nhiên công bố một biên tập viên cảnh báo độc giả rằng bài báo Lu-NH của Dias đang được điều tra.

“Độ tin cậy của dữ liệu được trình bày trong bản thảo này hiện đang bị nghi ngờ,” Thiên nhiên nói. “Hành động biên tập phù hợp sẽ được thực hiện sau khi vấn đề này được giải quyết.”

Theo một báo cáo trong Wall Street Journal vào cuối tháng 11, XNUMX trong số XNUMX tác giả của bài báo Lu-NH đã viết thư cho Tobias Rödel, biên tập viên cao cấp của tờ Thiên nhiên, yêu cầu rút lại bài báo, cho rằng Dias “đã không hành động một cách thiện chí trong việc chuẩn bị và nộp bản thảo”.

Rõ ràng, Rödel đã trả lời họ trong vòng vài ngày với lưu ý: “Chúng tôi hoàn toàn đồng ý với yêu cầu của bạn về việc rút lại bài báo.” Cho đến nay, các nhà nghiên cứu duy nhất bám sát phát hiện của họ là Dias và hai nghiên cứu sinh tiến sĩ hiện tại của ông.

David Ceperley từ Đại học Illinois, người đã viết một Tin tức & Lượt xem bài viết cho Thiên nhiên về kết quả của Lu-NH, nói rằng ông “thất vọng” rằng Thiên nhiên đã không làm tốt công việc xem xét bài báo ngay từ đầu.

Ông nói: “Chúng tôi chỉ được cung cấp bản thảo đã được chấp nhận chứ không phải các tệp dữ liệu hoặc nhận xét của người giới thiệu. “Chỉ sau khi bài báo xuất hiện, chúng tôi mới biết được một số vấn đề lẽ ra có thể được phát hiện sớm hơn.”

Tiếp tục

Điều gì sẽ xảy ra với nhóm của Dias vẫn chưa được biết. Vào tháng XNUMX, Đại học Rochester thông báo họ đang điều tra lại công việc của Dias, mặc dù chưa biết khi nào cuộc điều tra đó sẽ hoàn tất. Boeri nói: “Thật không may, hành vi thiếu suy nghĩ của Dias đã làm tổn hại đến danh tiếng của lĩnh vực này và có thể phải mất vài năm mới có thể khắc phục được thiệt hại”.

Quan điểm đó được ủng hộ bởi nhà vật lý vật chất ngưng tụ James Hamlin từ Đại học Florida, người đã kiểm tra một số công việc của nhóm Dias. “Tôi thực sự nghĩ rằng toàn bộ câu chuyện này đang gây tổn hại cho khoa học nói chung, và nghiên cứu về siêu dẫn ngày càng trở thành nhiên liệu cho những kiểu phản khoa học,” ông nói. Thế giới vật lý. “Nó có thể có tác động đến nguồn tài trợ cho nghiên cứu có áp lực cao và điều đó thật đáng tiếc vì đây là một lĩnh vực hiệu quả với rất nhiều sự phát triển thú vị gần đây.”

Hamlin cũng cho rằng các tạp chí nghiên cứu khoa học nên mở rộng hoạt động truyền thông của họ để bao gồm tất cả các tác giả của bài báo thay vì chỉ tác giả tương ứng khi nêu ra hành vi sai trái trong nghiên cứu. Ông nói thêm: “Tất cả các tác giả đều có thể bị tổn hại về mặt danh tiếng do bị cáo buộc về hành vi sai trái, vì vậy tất cả các tác giả phải được giữ bí mật về các thông tin liên lạc có liên quan từ các biên tập viên ngay từ đầu”.

Bất chấp những vấn đề này, công việc nghiên cứu hydrua vẫn đang tiến triển. Vào tháng 110, Guantao Liu thuộc Đại học Cát Lâm, Trung Quốc và các đồng nghiệp đã tìm thấy tính siêu dẫn lên tới 80 K ở áp suất XNUMX GPa trong hydrua bậc ba LaBeH₈ (Vật lý. Mục sư Lett. 130 266001).

Chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng cuối cùng cũng xuất hiện, một bí ẩn của máy dò vật chất tối

Mặc dù nhiệt độ này không cao đến thế, nhưng các hợp chất bậc ba này rất thú vị vì chúng có nhiều cấu trúc tiềm năng hơn so với những người anh em họ nhị phân của chúng, điều này có thể mở rộng các vật liệu sẵn có cho tính siêu dẫn nhiệt độ cao. Boeri cho biết thêm: “Lĩnh vực [nghiên cứu hydrua] rất lành mạnh và có tiềm năng mang lại nhiều kết quả đột phá hơn trong tương lai”.

Ceperley đồng ý. “Tôi vẫn cảm thấy rằng chất siêu dẫn hydrua có cơ hội tốt cuối cùng sẽ cung cấp chất siêu dẫn ở điều kiện môi trường xung quanh, có những ứng dụng công nghệ rộng lớn,” ông lưu ý. “Không gian của các hợp chất và phương pháp chế tạo có thể rất rộng lớn nên có thể phải mất một thời gian để tìm ra chúng.”

Về phần Dias, anh ấy từ chối bình luận về bài viết này mặc dù trong các bình luận trên phương tiện truyền thông trước đó, anh ấy nói rằng anh ấy ủng hộ kết quả của mình.

Trong tháng Bảy Thế giới vật lý thậm chí còn đề nghị xuất bản một cuộc phỏng vấn với Dias và gửi một bộ câu hỏi bằng văn bản cho anh ấy qua Điểm 30, một cơ quan PR có trụ sở tại Hoa Kỳ đại diện cho Dias. Mặc dù đã đồng ý trả lời các câu hỏi nhưng Dias sau đó đã rút khỏi cuộc phỏng vấn.

Thế giới vật lý kể từ đó đã biết rằng 30 Point không còn hoạt động với Dias nữa.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/superconductivity-damaged-as-researchers-look-to-move-on-from-retractions/