Bilim adamları oda sıcaklığında yeni bir süper iletken keşfettiler

Bilim adamları bu hafta, günlük koşullarda elektriği kolayca iletebilen bir malzeme hayaline doğru heyecan verici bir ilerleme kaydettiğini duyurdular. Bunun gibi bir atılım, elektrik gücü kullanan hemen hemen her teknolojiyi dönüştürerek telefonunuz, manyetik trenler ve geleceğin enerji füzyon istasyonları için yeni olanaklar yaratabilir.

Normalde, elektrik akışı tellerin içinden geçerken neredeyse bir sürtünme şekli gibi dirençle karşılaşır ve enerjinin bir kısmı ısı olarak kaybolur. Bir asır önce fizikçiler, elektrik direncinin görünüşte sihirli bir şekilde ortadan kalktığı, şimdi süper iletkenler olarak adlandırılan malzemeleri keşfettiler. Ancak bu malzemeler, pratik uygulamaları sınırlayan çok soğuk sıcaklıklarda dirençlerini kaybetti. Onlarca yıldır bilim adamları, oda sıcaklığında çalışan süper iletkenler aradılar.

Bu haftaki duyuru, bu çabadaki en son girişimdir, ancak gelecek vaat eden ancak daha az pratik bir süper iletken malzemeyi açıklayan 2020 tarihli bir makale nedeniyle yaygın şüphecilikle karşı karşıya olan bir ekipten geliyor. geri çekilmek Diğer bilim adamları verilerin bir kısmını sorguladıktan sonra.

Yeni süper iletken, nadir bir toprak metali olan lutesyumdan ve biraz nitrojenle karıştırılmış hidrojenden yapılmıştır. Süper iletken hünerini kazanmadan önce 145.000 psi’lik bir basınca ihtiyacı var. Bu, en derin okyanus hendeklerinin dibinde uygulanan basıncın yaklaşık 10 katıdır.

Ancak bu aynı zamanda 2020 sonucunun gerektirdiğinin yüzde birden daha az, ki bu da Dünya’nın birkaç bin mil derinliğinde bulunan kırılma kuvvetlerine benziyordu. Bu, malzemenin daha fazla araştırılmasının, ortam oda sıcaklıklarında ve 14,7 psi’lik tipik atmosfer basıncında çalışan bir süper iletkene yol açabileceğini gösterir.

New York’taki Rochester Üniversitesi’nde makine mühendisliği ve fizik profesörü olan Ranga P. Dias, Salı günü bilim adamlarıyla dolu bir salonda “Bu, pratik uygulamalar için yararlı olan yeni bir malzeme türünün başlangıcıdır” dedi. Amerikan Fizik Derneği’nin Las Vegas’taki bir toplantısında.

Ekibinin sonuçlarının tam bir muhasebesiydi. Çarşamba günü Nature dergisinde yayınlandı2020 sonuçlarını yayınlayan ve ardından geri çeken aynı dergi.

Rochester’daki ekip, nadir toprak elementlerinin en nadirlerinden biri olan gümüşi beyaz bir metal olan küçük, ince lutesyum pullarıyla başladı ve onu birbirine kenetlenen iki elmas arasına sıkıştırdı. Daha sonra yüzde 99 hidrojen ve yüzde 1 nitrojen gazı küçük odaya pompalandı ve yüksek basınçlarda sıkıldı. Numune gece boyunca 150 Fahrenheit derecede ısıtıldı ve 24 saat sonra basınç serbest bırakıldı.

İşlem, zamanın yaklaşık üçte birinde istenen sonucu verdi: küçük, canlı bir mavi kristal. Dias, “Nitrojeni lutesyum hidrite dönüştürmek o kadar kolay değil” dedi.

Dr. Dias’ın grubu tarafından kullanılan bir Rochester Üniversitesi laboratuvar odasında, yüksek lisans öğrencisi Hiranya Basan geçen hafta bir muhabirin ziyareti sırasında malzemelerin şaşırtıcı değişken özelliklerini gösterdi. Basıncı artırmak için vidalar sıkıldıkça mavi kızardı.

Dias, “Çok pembe,” dedi. Daha yüksek basınçlarla, “parlak kırmızıya döner” dedi.

Kristallerin arasından bir lazerin parıldaması, nasıl titreştiklerini ortaya çıkardı ve yapı hakkındaki bilgilerin kilidini açtı.

Başka bir odada Dr. Dias’ın ekibinin diğer üyeleri başka kristaller üzerinde manyetik ölçümler yapıyorlardı. Sıcaklıklar düştükçe, bilgisayar ekranında çizilen verilerde bir süperiletkene geçişi gösteren öngörülen cüceler belirdi.

Dias, “Şu anda yaptığımız doğrudan bir ölçüm” dedi.

Makalede araştırmacılar, pembe kristallerin 70 Fahrenheit dereceye kadar olan sıcaklıklarda sıfır direnç gibi süper iletkenlerin temel özelliklerini sergilediğini bildiriyor.

Dr. Dias’ın çalışmasında yer almayan Washington’daki Carnegie Bilim Enstitüsü’nden bilim adamı Timothy Strobel, “İhtiyatlı bir şekilde iyimserim” dedi. “Gazetedeki veriler harika görünüyor.”

Araştırmada yer almayan Houston Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Paul CW Chu, “Eğer bu gerçekse, gerçekten çok önemli bir buluş” dedi.

Bununla birlikte, bu duygunun “eğer” kısmı, şüphecilik, eleştiri ve hatta bazı bilim adamları tarafından verilerinin bir kısmını uydurduğu yönündeki suçlamaların peşini bırakmayan Dr. Dias’ın etrafında dönüyor. 2020 Nature makalesinin bulguları diğer araştırma grupları tarafından yeniden üretilmedi ve eleştirmenler, Dr Dias’ın başkalarının verilerini incelemesine veya süperiletkenlerinin bağımsız analizlerini yapmasına izin vermede yavaş davrandığını söylüyor.

Nature editörleri, geçen yıl Dr. Dias ve diğer yazarların itirazları üzerine önceki makaleyi geri çekti.

Florida Üniversitesi fizik profesörü James Hamlin, “Bu gruptan gelenlere olan inancımı biraz kaybettim” dedi.

Ancak, yeni makale aynı dergide akran değerlendirmesi sürecinden geçti.

Nature sözcüsü, “Bir araştırma makalesinin geri çekilmesi, yazarı otomatik olarak yeni yazılar göndermekten diskalifiye etmez” dedi. “Gönderilen tüm yazılar, bilgilerinin kalitesi ve güncelliği temelinde bağımsız olarak değerlendirilir.”

Salı günü Las Vegas’ta düzenlenen konferansta, o kadar çok fizikçi sıkışık bir konferans odasına toplandı ki, bir moderatör sunumu iptal etmek zorunda kalmasınlar diye bazılarından ayrılmalarını istedi. Oda inceltildikten sonra, Dr. Dias bulgularını kesintiye uğramadan sunabildi. Moderatör kalabalığa teşekkür ederken, soru sormak için zamanlarının kalmadığına üzüldü.

Dr. Strobel, Dr. Dias’ı çevreleyen süregelen tartışmayı ve henüz yeniden üretilmemiş olan önceki olağandışı iddiaları kabul etti.

Strobel, “Onu çok fazla okumak istemiyorum, ancak burada bir davranış modeli olabilir,” dedi. “Gerçekten dünyanın en iyi hiperbarik fizikçisi olabilir, Nobel Ödülü kazanmak üzere. Yoksa başka bir şeyler oluyor.”

baskı altında

Süperiletkenlik, Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes ve ekibi tarafından 1911’de keşfedildi. Süperiletkenler, elektriği sıfır elektrik direnciyle taşımakla kalmaz, aynı zamanda bir malzemenin içinde manyetik alan olmamasını sağlayan Meissner etkisi olarak bilinen garip bir yeteneğe de sahiptirler. .

Bilinen ilk süper iletkenler, mutlak sıfırın biraz üzerinde veya eksi 459.67 Fahrenheit derece sıcaklık gerektiriyordu. 1980’lerde fizikçiler sözde yüksek sıcaklık süper iletkenlerini keşfettiler, ancak bu süper iletkenler bile günlük kullanımda karşılaştığımızdan çok daha soğuk koşullarda hale geliyor.

Süperiletkenliği açıklayan standart teori, yeterince sert sıkıştırılabiliyorsa, hidrojenin daha yüksek sıcaklıklarda süperiletken olması gerektiğini öngörür. Ancak en dirençli elmas bile bu büyüklükteki baskılara ulaşamadan kırılır. Bilim adamları, kimyasal bağların hidrojen atomlarını sıkıştırmaya yardımcı olabileceğini düşünerek başka bir elementle karıştırılmış hidrojene bakmaya başladılar.

2015 yılında Almanya, Mainz’deki Max Planck Kimya Enstitüsü’nde fizikçi olan Mikhail Eremets, iki hidrojen atomu ve bir kükürt atomundan oluşan bir molekül olan hidrojen sülfidin basınç altında 94 Fahrenhayt derecede sıkıştırıldığında bir süper iletkene dönüştüğünü bildirdi. yaklaşık 22 milyon inç kare başına pound. Bu, o sırada bir süper iletken için rekor bir yüksek sıcaklıktı.

Dr. Eremets ve diğer bilim adamları daha sonra, hidrojen ve lantan içeren bir bileşik olan lantan hidritin çok yüksek basınçlar altında 10 Fahrenhayt dereceden daha düşük bir süper iletken sıcaklığa ulaştığını keşfettiler.

Geri çekilen 2020 makalesinde açıklanan araştırmada, Dr. Dias’ın grubu hidrojen, kükürt ve karbon kullandı. Bilim adamları, üç element aracılığıyla, yüksek sıcaklıkta bir süper iletkenlik elde etmek için bileşiğin elektronik özelliklerini değiştirebildiklerini söylediler.

Ancak, herkes buna inanmadı.

Dias’ın ana rakibi, San Diego’daki California Üniversitesi’nde teorik fizikçi olan Jorge Hirsch’tir. Meissner etkisinin kanıtı olan dalgalanan manyetik alanlara bir karbon, kükürt ve hidrojen bileşiğinin tepkisinin Dr. Dias’ın grubu tarafından yapılan ölçümlere odaklandı. Makaledeki olay örgüsü çok temiz görünüyordu ve bilim adamları olay örgüsünde arka plan etkilerini nasıl hariç tuttuklarını açıklamadılar.

Dias, altta yatan ham verileri yayınladığında, Dr. Hirsch, analizinin bunların matematiksel bir formül tarafından üretildiğini ve bir deneyde gerçekten ölçülemeyeceğini gösterdiğini söyledi. Hirsch, “Benzetme ile analitik formüller elde edemezsiniz” dedi. “Gürültülü sayılar alıyorsunuz.”

Dias hakkındaki şikayetleri o kadar ısrarcı ve yoğun bir hal aldı ki, sahadaki diğer kişiler, Dr. Hirsch’in on yıllardır süren rahatsız edici davranışlarından şikayet eden bir mektup dağıttı.

Hirsch, 1957’de üç fizikçi -John Bardeen, Leon N. Cooper ve J. Robert Shriver- tarafından süperiletkenliğin nasıl çalıştığını açıklamak için tasarlanan BCS teorisini hedef alan bir porselen dükkanı şovmeni. Birçok yönden BCS’nin Meissner etkisini açıklayamayan bir “yalan” olduğunu söylüyor. Kendi alternatif yorumunu buldu.

Özellikle, Dr. Hirsch bu yüksek basınçlı malzemelerin hiçbirinde süperiletkenlik olamayacağını çünkü hidrojenin bir süperiletken olamayacağını söylüyordu. Birkaç müttefik kazandı.

Hirsch, Dr. Dias dışındaki bilim adamlarının suistimal etmediklerini söylerken dikkatli olurken, kendilerini kandırdıklarını söylüyor.

“Bence, kırpıntılar sonuca dönüşüyor” dedi.

direnç ve üreme

Florida Üniversitesi’nden Dr. Hamlin de manyetik ölçümleri inceledi ve ham verilerin, tersinden ziyade yayınlanmış verilerden türetilmiş gibi göründüğünü söyledi.

Dr. Hamlin, 2007’de yazdığı doktora tezinin birkaç paragrafının kelimesi kelimesine Dr. Dias’ın tezinde yer aldığını görünce de rahatsız oldu.

D reddediyor. Dias eleştirilerine devam etti ve grubunun açıklamalarda bulunduğunu söyledi. “Sadece arka plan gürültüsü gibi hissettim” dedi. “Bilimimizi ileriye taşımaya çalışıyoruz.”

Hala önceki bulguların arkasında olduğunu ve Çarşamba gazetesinin manyetik ölçümler için yeni bir teknik kullandığını söyledi. Makalenin eleştirmenler tarafından beş tur incelemeden geçtiğini ve bulguların arkasındaki tüm ham verilerin paylaşıldığını söyledi.

Dias, “Tekrar doğaya döndü” dedi. “Yani bu sana bir şey anlatıyor.”

İki üniversite soruşturmasının ardından Rochester Üniversitesi sözcüsü Sarah Miller, “Bu endişeleri destekleyecek hiçbir kanıt olmadığı belirlendi” dedi. Ayrıca üniversitenin “Nature makalesini Eylül 2022’de geri çekme konusunu değerlendirdiğini ve aynı sonuca vardığını” söyledi.

Dr. Hamlin’in doktora tezinin transkriptine gelince, Dr. Dias alıntıları dahil etmesi gerektiğini söyledi. Dias, “Benim hatamdı” dedi.

Karbon, kükürt ve hidrojenin baskı öncesi ölçümlerini yeniden yapın Geri çekilen 2020 raporunun şu anda dolaşımda olması, ancak bu bile soruları gündeme getiriyor. Dr. Strobel, “Orijinal ölçümlerden çok farklılar” dedi. “Sonuçları kendilerinin yeniden üretmedikleri iddia edilebilir.”

Yeni lutesyum bazlı malzeme çok daha düşük basınçlarda süper iletken olduğundan, diğer birçok araştırma grubu deneyi yeniden üretme girişiminde bulunabilecektir. Dr. Dias, bileşiğin nasıl yapılacağına dair daha doğru bir tarif vermek ve örnekleri paylaşmak istediğini, ancak önce fikri mülkiyet sorunlarının çözülmesi gerektiğini söyledi. Araştırmayı kara dönüştürmeyi planlayan Unearthly Materials adlı bir şirket kurdu.

Dr. Strobel, Las Vegas konferansından döner dönmez çalışmaya başlayacağını söyledi. Bir gün içinde tam anlamıyla bir sonuç alabiliriz” dedi.

Dr. Hirsch ayrıca cevapların çabuk gelmesini beklediğini söyledi. “Bu doğruysa,” dedi, “son 35 yıldaki çalışmamın yanlış olduğunu kanıtlıyor.” “Bu beni çok mutlu ederdi çünkü bilirdim.”

Hirsch, “Ama bence haklıyım ve bu yanlış.”

Kimberly McGee Las Vegas’tan katkıda bulunan raporlama.