Introducción
En una charla repleta el martes por la tarde en la reunión anual de marzo de la American Physical Society en Las Vegas, Ranga Dias, un físico de la Universidad de Rochester, anunció que él y su equipo habían logrado un sueño centenario del campo: un superconductor que funciona a temperatura ambiente y presión cercana a la ambiente. El interés fue tan intenso en la presentación que el personal de seguridad detuvo la entrada a la sala abarrotada más de quince minutos antes de la charla. Se los podía escuchar ahuyentando a los curiosos poco antes de que Dias comenzara a hablar.
Los resultados, publicado hoy en Naturaleza, parecen mostrar que un conductor convencional, un sólido compuesto de hidrógeno, nitrógeno y el lutecio, un metal de tierras raras, se transformó en un material impecable capaz de conducir la electricidad con una eficiencia perfecta.
Si bien el anuncio ha sido recibido con entusiasmo por algunos científicos, otros son mucho más cautelosos y señalan la controvertida historia del grupo de investigación sobre supuestas irregularidades en la investigación. (Dias niega rotundamente las acusaciones). Reacciones de 10 expertos independientes contactados por ¿Cuánto osciló entre la emoción desenfrenada y el despido total, y muchos de los expertos expresaron alguna versión de optimismo cauteloso.
Anteriormente, la superconductividad se había observado solo a temperaturas gélidas o presiones aplastantes, condiciones que hacen que esos materiales no sean prácticos para aplicaciones deseadas durante mucho tiempo, como líneas eléctricas sin pérdidas, trenes de alta velocidad que levitan y dispositivos de imágenes médicas asequibles. El compuesto recién forjado conduce corriente sin resistencia a 21 grados Celsius (69.8 grados Fahrenheit) ya una presión de alrededor de 1 gigapascal. Eso sigue siendo mucha presión, aproximadamente 10 veces la presión en el punto más profundo de la Fosa de las Marianas, pero es más de 100 veces menos intensa que la presión requerida en experimentos anteriores con materiales similares.
"Si resulta ser correcto, posiblemente sea el mayor avance en la historia de la superconductividad", dijo james hamlin, un físico de la Universidad de Florida que no participó en el trabajo. Si es cierto, dijo, "es un descubrimiento trascendental, innovador y muy emocionante". Pero los incidentes relacionados con el trabajo anterior del equipo, incluidos, entre otros, una afirmación de superconductividad a temperatura cercana a la temperatura ambiente publicado en Naturaleza en 2020 y se retractó a fines del año pasado, han ensombrecido el anuncio de hoy. “Es difícil no preguntarse si algunos de los mismos problemas que no se abordaron en el trabajo anterior también existen en el nuevo trabajo”, dijo Hamlin.
Alcanzando todos los puntos de referencia
Durante más de un siglo, los científicos han sabido que enfriar la mayoría de los metales a temperaturas de unos pocos grados del cero absoluto provoca una metamorfosis espectacular. Alrededor de esta “temperatura crítica”, que varía de un material a otro, los electrones se aparean y forman una especie de fluido cuántico. Una vez que esto sucede, los electrones ya no rebotan en los átomos del material, interacciones que generan resistencia, lo que les permite fluir sin pérdida de energía.
El objetivo general de la investigación de la superconductividad desde entonces ha sido elevar la temperatura crítica.
Durante décadas, los físicos han hecho progresos incrementales, elevando constantemente la temperatura crítica al probar diferentes combinaciones de elementos. Una clase prometedora de materiales, conocida como hidruros, surgió en los últimos años. Los hidruros son compuestos que combinan el hidrógeno de peso pluma con átomos más pesados como el azufre o los metales. Cuanto más hidrógeno, mejor para la superconductividad, creen los físicos. Los investigadores a veces agregan una capa de otros átomos, como el carbono o el nitrógeno, para modificar aún más sus propiedades. El primer hidruro superconductor, reportado en 2015, golpeó su transición a alrededor de menos 70 grados centígrados y 155 gigapascales de presión (acercándose a la mitad del núcleo de la Tierra). Dentro de tres años, el mismo grupo y una alternativa, ambos generaron aún más materiales de "superhidruro" ricos en hidrógeno que podrían superconducir hasta menos 13 grados centígrados y 190 gigapascales.
El nuevo estudio derriba todos los récords anteriores. Durante los últimos años, el equipo de Dias ha trabajado en un superhidruro a base de lutecio. Para producir una muestra, el equipo bañaría una fina película de lutecio en un perfume de 99% de hidrógeno y 1% de nitrógeno mientras la horneaba durante unos días a 200 grados centígrados. Una celda de yunque de diamante comprimiría la muestra a 2 gigapascales de presión. Luego, el equipo aflojaría progresivamente el yunque mientras probaba la muestra en busca de propiedades superconductoras. Dias dijo que de los cientos de muestras producidas, pudieron observar la superconductividad en docenas de muestras incluso después de que la presión se redujo a aproximadamente 1 gigapascal.
Para demostrar la superconductividad, el equipo alcanzó tres puntos de referencia de libros de texto. A la temperatura crítica, mostraron una caída en la resistencia y un pico en una propiedad relacionada con la rapidez con que se calienta un material. El equipo también logró medir directamente la expulsión de un campo magnético de las muestras, una firma inequívoca de superconductividad llamada efecto Meissner que nunca antes se había demostrado de manera convincente en un superhidruro. Curiosamente, la muestra también cambió de color de azul a rosa y luego a rojo en sincronía con sus cambios de fase.
Los gráficos del artículo son exactamente lo que buscan los investigadores cuando prueban la superconductividad. La fuerte evidencia emociona a muchos científicos que han pasado décadas buscando materiales que puedan acercar el fenómeno a las condiciones cotidianas.
“Estoy muy emocionada de ver el resultado. Y no tengo ninguna duda de que lo que están observando es lo que es”, dijo Siddharth Saxena, un físico de la Universidad de Cambridge que no participó en el nuevo trabajo. Eva Zurek, un químico teórico de la Universidad de Buffalo que a menudo se comunica con el grupo de Rochester pero que tampoco participó en la investigación, dijo que un material superconductor en estas condiciones “afectaría cada aspecto de nuestra vida de maneras que no podemos imaginar”. Hamlin está de acuerdo en que la demostración "es un tour de force de cada tipo de medida que le gustaría ver en este material, produciendo exactamente el tipo de datos que espera ver".
Una historia turbulenta
Sin embargo, Hamlin y otros investigadores insisten en que el pasado del grupo requiere que las afirmaciones históricas de hoy se enfrenten a niveles históricos de escrutinio.
“Hay mucha evidencia de superconductividad aquí si lo tomas al pie de la letra”, dijo Jorge Hirsch, físico de la Universidad de California en San Diego. “Pero yo no creo nada de lo que dicen estos autores. No estoy vendido en absoluto”.
Hirsch dijo que su desconfianza proviene de una larga historia de denuncias de malversación de investigaciones contra miembros anteriores y actuales del grupo, muchas de las cuales él ha presionado. Más recientemente, en 2020, Dias y sus coautores publicaron un estudio de un hidruro de azufre carbonoso (CSH) que alcanzó su transición crítica a alrededor de 14 grados Celsius (57.2 grados Fahrenheit) y 267 gigapascales. Casi de inmediato, un puñado de expertos detectó patrones inusuales en los datos utilizados para verificar la respuesta del material a los campos magnéticos. Cuando Dias y su frecuente colaborador, Ashkan Salamat, un físico de la Universidad de Nevada, Las Vegas, publicó sus datos sin procesar un año después en forma de documento 149 páginas, detallaron un método inusual y complicado para eliminar la interferencia magnética de fondo, uno que dijeron que era necesario para detectar el pequeño campo magnético rechazado por la pequeña muestra. Este método era inconsistente con la forma en que habían descrito el procedimiento en el documento original, lo que llevó Naturaleza para emitir una retractación en septiembre pasado.
Hirsch y otros físicos alegan que la mala conducta va más allá de una confusión engañosa con respecto al fondo magnético. En septiembre, Hirsch y dirk van der marel, profesor emérito de la Universidad de Ginebra, publicó un reclamo que lo que Dias y Salamat habían publicado como datos CSH sin procesar en realidad se derivaba de los datos publicados. “[Nosotros] demostramos básicamente matemáticamente que los datos sin procesar no se miden en el laboratorio; están fabricados”, dijo Hirsch. Hamlin lanzado de forma independiente una preimpresión en octubre pasado, afirmando que los datos de resistividad eléctrica también parecían haber sido procesados de manera no revelada, una nueva acusación sobre el problema que condujo a la retractación de 2022.
Introducción
Dias defiende enérgicamente su obra. En los meses transcurridos desde la retractación, Dias ha realizado experimentos adicionales con el material CSH en los Laboratorios Nacionales de Argonne y Brookhaven. En estos, invitó a científicos independientes a observar la transición superconductora del material. Recientemente presentó un nuevo manuscrito a Naturaleza que repite la afirmación de la superconductividad de alta temperatura en CSH con rigor, insiste, disipará las acusaciones anteriores.
“Los testigos de nuestro trabajo dieron fe de nuestro descubrimiento. Hemos demostrado que CSH funciona para lograr la superconductividad, al igual que 'reddmatter'”, dijo Dias, refiriéndose al grupo informal, Star Trek–nombre inspirado para el nuevo material a base de lutecio. “Puedes creer la evidencia o no, pero no puedes ignorarla”.
Nilesh Salke, un físico de la Universidad de Illinois, Chicago, que ayudó con las nuevas mediciones y no participó en la investigación de 2020, dijo que "el nuevo trabajo confirma la superconductividad en CSH". Llamó al descubrimiento del nuevo material de lutecio "notable", y agregó que es "un hito importante en el campo de la superconductividad".
Sin embargo, el documento de CSH no es el único trabajo relacionado bajo fuego. Uno de los coautores del artículo de CSH, Mathew Debessai, fue el primer autor de un estudio del 2009 alegando superconductividad en un tercer material, el europio, que luego se retractó por presentar datos alterados. (Dias no fue coautor de este artículo). Hirsch afirma que en esa publicación “se copian los datos y se pegan en otra región”. Otros también han argumentado que algunos de los datos en otro de Documentos recientes de Dias se duplicó a partir de datos tomados mientras el equipo estudiaba una sustancia completamente diferente.
Dias niega enérgicamente todas las acusaciones de irregularidades y continúa esforzándose por establecer rigurosamente sus afirmaciones de encontrar superconductividad a temperaturas cotidianas y lo que cuenta como presiones casi cotidianas en la comunidad de físicos de alta presión. Él enfatiza que el artículo de hoy que describe la superconductividad a baja presión en el material de lutecio se sometió a un proceso de revisión por pares inusualmente riguroso que involucró múltiples rondas de revisión durante la mayor parte de un año. Dias también dijo que compartió todos sus datos sin procesar con Naturaleza, y que se publicará junto con el nuevo resultado. Múltiples expertos independientes expresaron su confianza en Naturalezala capacidad de asegurarse de que el resultado sea lo más riguroso posible.
“Estoy bastante seguro de que Naturaleza el editor y los revisores deben haberlos interrogado antes de dar la señal verde”, dijo Salke.
“Para mí es difícil imaginar una segunda retractación”, dijo Mijail Eremets, un físico del Instituto Max Planck de Química en Alemania que lideró el descubrimiento de los superconductores de hidruro. "Deberíamos considerarlo seriamente a pesar de la prehistoria".
Dias enfatizó que él y sus colegas han sido completamente transparentes durante un proceso de revisión extraordinariamente exhaustivo. “Esta vez lo dimos todo”, dijo. “Todas las técnicas y todo. Los revisores tenían acceso a todos los datos”.
El notable proceso de revisión, cuando se superpone a una historia incierta, ha dejado a algunos investigadores en el limbo. “Ya no sé en qué puedo creer”, dijo van der Marel. “Ese es todo el problema”.
Confirmación y Comercio
En última instancia, la aceptación por parte de la comunidad más amplia de investigadores estará en manos de otros laboratorios. ¿Serán capaces de reproducir el material y confirmar sus propiedades superconductoras? Hay motivos para esperar que la respuesta llegue con relativa rapidez.
Si bien solo hay un puñado de grupos en el mundo que podrían trabajar con las increíblemente altas presiones de yunque de diamante necesarias para ver la superconductividad en CSH, hay docenas de laboratorios que pueden trabajar en el régimen de baja presión del material a base de lutecio. dijo Hamlin. Dias dijo que en los últimos meses, su laboratorio ha estado trabajando en una forma de eliminar por completo las células de yunque de diamante del proceso, lo que podría acelerar aún más los esfuerzos para confirmar el hallazgo.
Para permitir que otros laboratorios reproduzcan fielmente los resultados, el grupo debe estar dispuesto a compartir todo su conjunto de datos sin procesar junto con métodos detallados de preparación de muestras, o enviar muestras de su material a otros laboratorios para que las prueben, dijo Hamlin.
Sin embargo, el acceso desde el exterior puede no estar a la altura de las esperanzas de la comunidad. Dias y Salamat han fundado una startup, Materiales sobrenaturales, que, Dias dijo, ya ha recaudado más de $ 20 millones en fondos de inversores, incluidos los directores ejecutivos de Spotify y OpenAI.* También solicitaron recientemente una patente sobre el material de hidruro de lutecio, lo que les disuadiría de enviar muestras por correo. “Tenemos instrucciones claras y detalladas sobre cómo hacer nuestras muestras”, dijo Dias. “No vamos a distribuir este material, considerando la naturaleza propietaria de nuestros procesos y los derechos de propiedad intelectual que existen”. Sugirió que “ciertas metodologías y procesos” también están fuera de la mesa.
“Sin infringir ninguna ley de propiedad intelectual, estamos felices de compartir lo que hicimos”, dijo Dias. “También hay algunas limitaciones, pero creo que podemos resolver algo”.
Nota del editor:
En una charla de 2021 organizada por la Asociación de Sri Lanka para el Avance de la Ciencia y la luego publicado en YouTube, Dias dijo: “Recientemente recaudamos $ 20 millones solo para, ya sabes, centrarnos en la parte científica de esto. Y estos son los inversores que utilizamos para este tipo de tecnología”. En ese momento (43:25 en el video) aparece una lista de nombres en la pantalla. En la categoría denominada "Inversores (Serie A)", los nombres incluyen a Sam Altman, director ejecutivo de OpenAI, y Daniel Ek, cofundador y director ejecutivo de Spotify. Tras la publicación de este artículo, un representante de Dias le dijo a Quanta que esas eran "declaraciones aspiracionales", que la empresa no había recaudado el dinero y que los nombres enumerados eran posibles inversores.
Corrección: Marzo 8, 2023
La versión original de este artículo identificaba a Nilesh Salke como investigador postdoctoral. De hecho, es profesor asistente de investigación.
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