Superprovodničko istraživanje napreduje uprkos kontroverzi

Svojim smelim tvrdnjama o revolucionarnim superprovodnicima na sobnoj temperaturi, fizičar Ranga Dias sa Ročesterskog univerziteta u Njujorku lansirao je oblast fizike visokog pritiska u centar pažnje.

Sad, posle povlačenja dva dokumenta i optužbi za plagijatorstvo, Dias je pod senkom sumnje i neki fizičari strahuju da bi autsajderi mogli pomisliti da je čitava oblast u haosu, piše Science News.

Međutim, druga istraživanja o superprovodnicima na visokoj temperaturi su solidna, kažu mnogi istraživači. Brojne grupe su replikovale ključne rezultate i teorijske kalkulacije se slažu sa eksperimentima u stvarnom svetu. Fizičari ispituju nove klase superprovodnika i potvrđuju teorijska predviđanja. Očekuje se da će takav postepeni napredak dovesti naučnike do nekog praktičnijeg superprovodnika.

Da bi dodatno potvrdili naučni legitimitet svojih tvrdnji, naučnici razvijaju nove načine identifikacije superprovodnosti, raspravljaju koje standarde treba zadovoljiti pre iznošenja tvdnji da je postignuta superprovodnost i razmatraju nove norne u pogledu objavljivanja podataka.

Kontroverza oko Diasove superprovodnosti nastavlja da raste

Sposobnost provođenja struje bez otpora daje superprovodnicima moć da transformišu modernu tehnologiju – ako budu napravljeni da funkcionišu na temperaturama i pritiscima prikladnim za svakodnevnu upotrebu. Ova privlačna mogućnost podiže nivo senzacije u ovom obično ezoteričnom polju fizike.

Prva zapanjujuća tvrdnja Diasove grupe o superprovodnosti izneta je 2020. Dok većina superprovodnika mora biti ohlađena na vrlo niske temperature da bi funkcionisala, materijal od ugljenika, sumpora i vodonika ostajao je superprovodan do 15 stepeni Celzijusovih, izestili Dias i njegove kolege.

Taj materijal, poput mnogih od superprovodnika na najvišim temperaturama, morao je da bude stišnjen do visokog pritiska, što znači da nije bio prigodan za praktičnu upotrebu. Ipak, to je navodno bila prva demonstracija dugo traženog superprovodnika na sobnoj temperaturi.

Međutim, kad su drugi naučnici izneli sumnje o podacima i metodima, dokument je povučen iz časopisa Nature, uprkos negodovanjima Diasa i ostalih autora.

U martu je Diasov tim uzvratio još jačom tvrdnjom. Materijal od lutecijuma, azota i vodonika superprovodi na sobnoj temperaturi i pod pritiscima mnogo bližim atmosferskom pritisku.

U međuvremenu, skeptici su se bavili Diasovom prošlošću, navodeći rastrostranjen plagijarizam u njegovoj doktorskoj disertaciji. U jednom njegovom objavljenom dokumentu je utvrđeno fabrikovanje podataka i taj dokument je takođe povučen.

Dias je negirao optužbe, a sad je pod istragom Ročesterskog univerziteta.

Reproduktivnost je bitna za superprovodnike na visokim temperaturama

Fizika visokog pritiska je vrlo specijalizovana i eksperimenti koji su uspešni u jednoj laboratoriji mogu biti teški za replikaciju na drugom mestu. Međutim, konsenzus je postepeno postignut u pogledu nekoliko rekordnih superprovodnika.

Istraživanje se fokusira na materijale bogate vodonikom poznate kao hidridi. Ovaj izbor je inspirisan predviđanjem da će čisti vodonik postati superprovodni metal kad bude stišnjen do ekstremnog pritiska. Pošto su se ti pritisci pokazali kao teško ostvarivi, naučnici su dodavali druge elemente vodoniku u nadi da će sniziti neophodan pritisak.

Prvi veliki uspeh bilo je jedinjenje sumpora i vodonika. Ono superprovodi na temperaturama do otprilike -70 stepeni, saopšteno je 2015. Zatim su nučnici 2018. krunisali aktuelnog redordera (ne računajući Diasov rad) – jedinjenje lantana i vodonika, koje superprovodi na temperaturama do otprilike -20 stepeni.

U oba slučaja, više grupa je potvrdilo rezultate. I teorijske kalkulacije se slažu da su ti materijali superprovodni na tim visokim temperaturama. Ipak, oba superprovodnika zahtevaju stišnjavanje do pritiska koji je više od milion puta pritisak Zemljine atmosfere, što ograničava njihovu praktičnu korist.

Druge superprovodnike na visokim temperaturama, kao što je itrijum-hidrid, takođe su replikovale brojne grupe.

Nasuprot tome, fizičari se muče da konkluzivno reprodukuju lutecijumski superprovodnik Diasove grupe ili da nađu ubedljivo teorijsko objašnjenje za njega.

Dias je odbacio sumnje, rekavši da „ako se ljudi muče da replikuju moj rad, to nije iznenađujuće – neće svako moći da uradi ono za šta su meni bile potrebne godine“.

Novi superprovodni materijali debituju

Jedna vruća tema su trojni hidridi, materijali u kojima je vodonik kombinovan sa dva dodatna elementa umesto samo jednog. Proučavajući mnoge moguće kombinacije elemenata u periodnom sistemu, fizičari se nadaju da će pronaći nove superprovodnike koji rade pod nižim pritiscima i na višim temperaturama nego dosad izučavani hidridi.

U junu su naučnici izvestili o prvom primeru trojnog hidrida sa potpuno novom strukturom atoma, neviđenom kod ranijih binarnih hidrida. Napravljen od lantana, berilijuma i vodonika, materijal je bio superprovodan do otprilike -173 stepena. To nipošto nije rekord, ali materijal zahteva manji pritisak nego neki drugi hidridi.

U jednom drugom nedavnom radu, fizičari su završili desetogodišnji projekat. Superprovodnik predviđen 2012, kalcijum-hidrid, konačno je napravljen. Bio je to prvi predviđeni hidridni superprovodnik sa „klatratnom“ strukturom, u kojoj atomi vodonika prave kavez oko drugog tipa atoma.

Ova klatratna struktura je otada viđena u drugim visokotemperaturnim superprovodnicima, uključujući priznatog rekordera latan-hidrid.

Zasad hidridi još uvek zahtevaju znatno stišnjavanje da bi superprovodili. Veoma je teško sniziti pritisak ovih hidrida do ambijentalnih uslova, kažu fizičari.

Neki idu dalje od vodonika. Fizičar Timoti Strobel uvodi nove lake elemente. On proučava klarate napravljene ne sa vodonikom, već sa borom i ugljenikom – petim i šestim elementom u periodnom sistemu.

Kod takvih materijala, „možemo očekivati superprovodnost na umereno visokim temperaturama, ali ne toliko visokim kao sa vodonikom“, kaže Strobel.

Međutim, to kompromisno rešenje možda ima vrednost. Pomoću takvih materijala, naučnici se nadaju da će pronaći dovoljno čvrste strukture da opstanu pod atmosferskim pritiskom. Slično ugljenikovom najsjajnijem obliku, dijamantu, koji se formira pod pritiskom, ali ostaje čitav kad pritisak prestane. Strobel i kolege predviđaju da bi neke varijante ovih materijala mogle biti superprovodnici na temperaturama do -185 stepeni pod atmosferskim pritiskom.

To možda izgleda nisko u poređenju sa hidridima pod visokim pritiskom. Međutim, temperature iznad 77 kelvina (oko -196 stepeni), što je tačka ključanja tečnog azota, lakše su ostvarive u praktičnoj upotrebi, pošto skupi tečni helijum nije potreban za hlađenje.

Nasuprot tome, visoki pritisci su trenutno nedostupni za praktične svrhe. Postizanje ambijentalnog pritiska je možda važnije od sobne temperature.

Fizičari žele da podignu kriterijum za superprovodnost

Radi izbegavanja kontroverzi, neki pozivaju na više objavljivanja neobrađenih podataka, kako bi se tvrdnje lakše proverile, a eksperimenti lakše replikovali.

Iako je Diasova grupa podelila podatke u vezi sa lutecijumskim superprovodnikom, to nije zadovoljilo druge naučnike. „Mislim da ništa od tih podataka nije bilo neobrađeno“, kaže fizičar Džejms Hemlin. „Neobrađeni podaci su podaci koje kreira vaš softver za merenje na dan merenja i zatim netaknuti posle toga. Podaci od Diasovog tima ne zadovoljavaju taj uslov“.

Fizičari takođe rade na jačanju dokaza za superprovodnost u svojim materijalima. Ne radi se samo o otporu, ili njegovom odsustvu. Superprovodnici imaju druga obeležja. Jedna karakteristika je Majsnerov efekat, kad materijal izbacuje magnetna polja. Ovaj i drugi efekti mogu doprineti potvrđivanju da je superprovodnost stvarna.

Međutim, eksperimenti sa visokim pritiskom uključuju samo deliće materijala stišnjenog između dva dijamanta. Jasna merenja Majsnerovog efekta i drugih obeležja superprovodnosti mogu biti teška u takvim okolnostima.

Tako da naučnici smišljaju dodatne načine za potvrdu superprovodnosti. Na primer, kad su izvesni tipovi superprovodnika izloženi magnetnom polju i to magnetno polje se kasnije isključi, rezidualno magnetno polje ostaje zarobljeno u superprovodniku.

Neki fizičari zahtevaju skup kriterijuma koje bi naučnici morali zadovoljiti pre tvrdnje da su pronašli novi superprovodnik.

Osim merenja drastičnog pada otpora, sugeriše se zahtevanje drugih markera superprovodnosti, kao što je pokazivanje da magnetno polje snižava temperaturu ispod koje materijal postaje superprovodnik. Nekoliko drugih merenja bilo bi potrebno da naučna zajednica prihvati rezultat, s tim da rezultate potvrde nezavisne grupe.

Uprkos naporima da se osnaži istraživanje superprovodnika, lažne tvrdnje o superprovodnosti na sobnoj temperaturi će verovatno biti teško eliminisati. Tvrdnja o superprovodniku na sobnoj temperaturi i pod ambijentalnim pritiskom, zvanom LK-99, bila je viralna u julu na društvenim medijima. Naučno ispitivanje je uskoro gotovo u potpunosti raskrinkalo tu tvrdnju.

Što se Diasa tiče, njegov superprovodnik baziran na lutecijumu još se nalazi u naučnom registru – zasad. Nakon što su istraživači izrazili sumnje, Nature je počeo proverava taj dokument.

(Telegraf Nauka/Science News)