Introduzione
In un fitto discorso martedì pomeriggio all'incontro annuale di marzo dell'American Physical Society a Las Vegas, Ranga Dias, un fisico dell'Università di Rochester, ha annunciato che lui e il suo team hanno realizzato un sogno secolare nel campo: un superconduttore che funziona a temperatura ambiente e quasi a pressione ambiente. L'interesse per la presentazione è stato così intenso che il personale di sicurezza ha bloccato l'ingresso nella sala traboccante più di quindici minuti prima del discorso. Potevano essere sentiti scacciare gli spettatori curiosi poco prima che Dias iniziasse a parlare.
I risultati, pubblicato oggi in Natura, sembrano mostrare che un conduttore convenzionale - un solido composto da idrogeno, azoto e lutezio, metallo delle terre rare - è stato trasformato in un materiale impeccabile in grado di condurre l'elettricità con perfetta efficienza.
Mentre l'annuncio è stato accolto con entusiasmo da alcuni scienziati, altri sono molto più cauti, sottolineando la controversa storia del gruppo di ricerca di presunti illeciti di ricerca. (Dias nega con forza le accuse.) Reazioni di 10 esperti indipendenti contattati da Quanta andava dall'eccitazione sfrenata al totale licenziamento, con molti degli esperti che esprimevano una versione di cauto ottimismo.
In precedenza, la superconduttività era stata osservata solo a temperature rigide o pressioni schiaccianti, condizioni che rendevano quei materiali impraticabili per applicazioni a lungo desiderate come linee elettriche senza perdite, treni levitanti ad alta velocità e dispositivi di imaging medicale a prezzi accessibili. Il composto appena forgiato conduce corrente senza resistenza a 21 gradi Celsius (69.8 gradi Fahrenheit) ea una pressione di circa 1 gigapascal. È ancora molta pressione - circa 10 volte la pressione nel punto più profondo della Fossa delle Marianne - ma è più di 100 volte meno intensa della pressione richiesta in precedenti esperimenti con materiali simili.
"Se risulta essere corretto, è forse il più grande passo avanti nella storia della superconduttività", ha detto James Hamlin, un fisico dell'Università della Florida che non era coinvolto nel lavoro. Se è vero, ha detto, "è una scoperta sconvolgente, rivoluzionaria e molto eccitante". Ma incidenti che coinvolgono il lavoro precedente del team, inclusi ma non limitati a un'affermazione di superconduttività a temperatura ambiente pubblicato nella Natura nel 2020 e ritirato alla fine dello scorso anno, hanno gettato un'ombra sull'annuncio di oggi. "È difficile non chiedersi se alcuni degli stessi problemi che non sono stati affrontati nel lavoro precedente esistano anche nel nuovo lavoro", ha detto Hamlin.
Colpire tutti i benchmark
Per più di un secolo, gli scienziati hanno saputo che il raffreddamento della maggior parte dei metalli a temperature entro pochi gradi dallo zero assoluto provoca una drammatica metamorfosi. Attorno a questa "temperatura critica", che varia da un materiale all'altro, gli elettroni si accoppiano e formano una sorta di fluido quantico. Una volta che ciò accade, gli elettroni non rimbalzano più negli atomi nel materiale - interazioni che generano resistenza - che consente loro di fluire senza perdita di energia.
L'obiettivo principale della ricerca sulla superconduttività da allora è stato quello di aumentare la temperatura critica.
Per decenni, i fisici hanno compiuto progressi incrementali, aumentando costantemente la temperatura critica testando diverse combinazioni di elementi. Una promettente classe di materiali, nota come idruri, è emersa negli ultimi anni. Gli idruri sono composti che combinano l'idrogeno leggerissimo con atomi più pesanti come zolfo o metalli. Più idrogeno c'è, meglio è per la superconduttività, credono i fisici. I ricercatori a volte aggiungono una spolverata di altri atomi, come carbonio o azoto, per modificare ulteriormente le sue proprietà. Il primo idruro superconduttore, riportato in 2015, ha raggiunto la sua transizione a circa meno 70 gradi Celsius e 155 gigapascal di pressione (avvicinandosi alla metà di quella del nucleo terrestre). Entro tre anni, lo stesso gruppo ed un altro entrambi hanno prodotto materiali "superidruro" ancora più ricchi di idrogeno che potrebbero supercondurre fino a meno 13 gradi Celsius ea 190 gigapascal.
Il nuovo studio demolisce tutti i record del passato. Negli ultimi anni, il team di Dias ha lavorato su un superidruro a base di lutezio. Per produrre un campione, il team ha immerso un sottile strato di lutezio in un profumo al 99% di idrogeno e all'1% di azoto, cuocendolo per alcuni giorni a 200 gradi Celsius. Una cella a incudine di diamante comprimerebbe quindi il campione a 2 gigapascal di pressione. Il team avrebbe quindi allentato progressivamente l'incudine mentre testava il campione per le proprietà superconduttive. Dias ha affermato che su centinaia di campioni prodotti, sono stati in grado di osservare la superconduttività in dozzine di campioni anche dopo che la pressione è stata abbassata a circa 1 gigapascal.
Per dimostrare la superconduttività, il team ha raggiunto tre benchmark da manuale. Alla temperatura critica, hanno mostrato un calo della resistenza e un picco in una proprietà correlata alla rapidità con cui un materiale si riscalda. Il team è anche riuscito a misurare direttamente l'espulsione di un campo magnetico dai campioni, una firma inequivocabile della superconduttività chiamata effetto Meissner che non è mai stata dimostrata in modo convincente in un superidruro. Curiosamente, il campione ha anche cambiato colore dal blu al rosa al rosso in sincronia con i suoi cambiamenti di fase.
Le trame del documento sono esattamente ciò che i ricercatori cercano quando testano la superconduttività. La forte evidenza entusiasma molti scienziati che hanno trascorso decenni alla ricerca di materiali che possano avvicinare il fenomeno alle condizioni quotidiane.
“Sono davvero entusiasta di vedere il risultato. E non dubito in alcun modo che quello che stanno osservando sia quello che è", ha detto Siddharth Saxena, un fisico dell'Università di Cambridge che non è stato coinvolto nel nuovo lavoro. Eva Zurek, un chimico teorico dell'Università di Buffalo che comunica spesso con il gruppo di Rochester ma che non era nemmeno coinvolto nella ricerca, ha affermato che un materiale superconduttore in queste condizioni "avrebbe un impatto su ogni aspetto della nostra vita in modi che non possiamo immaginare". Hamlin concorda sul fatto che la dimostrazione "è un tour de force di ogni tipo di misurazione che vorresti vedere su questo materiale, producendo esattamente il tipo di dati che speri di vedere".
Una storia travagliata
Eppure Hamlin e altri ricercatori insistono sul fatto che il passato del gruppo richiede che le affermazioni storiche di oggi siano soddisfatte con livelli storici di controllo.
"Ci sono molte prove della superconduttività qui se le prendi per il valore nominale", ha detto Jorge Hirsch, fisico dell'Università della California, San Diego. “Ma io non credo a niente di quello che dicono questi autori. Non sono affatto venduto.
Hirsch ha affermato che la sua sfiducia deriva da una lunga storia di accuse di illeciti di ricerca fatte contro membri precedenti e attuali del gruppo, molte delle quali ha insistito. Più di recente, nel 2020 Dias e i suoi coautori hanno pubblicato uno studio su un idruro di zolfo carbonioso (CSH) che ha raggiunto la sua transizione critica a circa 14 gradi Celsius (57.2 gradi Fahrenheit) e 267 gigapascal. Quasi immediatamente, una manciata di esperti ha individuato modelli insoliti nei dati utilizzati per verificare la risposta del materiale ai campi magnetici. Quando Dias e il suo assiduo collaboratore, Ashkan Salamat, un fisico dell'Università del Nevada, a Las Vegas, un anno dopo ha rilasciato i loro dati grezzi sotto forma di 149-documento di pagina, hanno dettagliato un metodo insolito e complicato per eliminare l'interferenza magnetica di fondo, che secondo loro era necessario per rilevare il minuscolo campo magnetico respinto dal piccolo campione. Questo metodo non era coerente con il modo in cui avevano descritto la procedura nel documento originale, che ha portato Natura di emettere una ritrattazione lo scorso settembre.
Hirsch e altri fisici affermano che la cattiva condotta va al di là di un fuorviante errore riguardante lo sfondo magnetico. A settembre, Hirsch e Dirk van der Marel, professore emerito all'Università di Ginevra, pubblicato un reclamo che ciò che Dias e Salamat avevano rilasciato come dati CSH grezzi era in realtà derivato dai dati pubblicati. “[Abbiamo] dimostrato fondamentalmente matematicamente che i dati grezzi non vengono misurati in laboratorio; sono fabbricati “, ha detto Hirsch. Hamlin rilasciato in modo indipendente una prestampa lo scorso ottobre affermando che anche i dati sulla resistività elettrica sembravano essere stati elaborati in modo non divulgato, una nuova accusa in cima al problema che ha portato alla ritrattazione del 2022.
Introduzione
Dias difende vigorosamente il suo lavoro. Nei mesi successivi alla ritrattazione, Dias ha condotto ulteriori esperimenti sul materiale CSH presso Argonne e Brookhaven National Laboratories. In questi, ha invitato scienziati indipendenti a osservare la transizione superconduttiva del materiale. Recentemente ha presentato a nuovo manoscritto a Natura che ripete l'affermazione della superconduttività ad alta temperatura in CSH con rigore, insiste che dissiperà le accuse passate.
“I testimoni del nostro lavoro hanno attestato la nostra scoperta. Abbiamo dimostrato che CSH funziona per raggiungere la superconduttività, così come 'reddmatter'", ha detto Dias, riferendosi all'informale del gruppo, Star Trek–nome ispirato per il nuovo materiale a base di lutezio. "Puoi credere o meno alle prove, ma non puoi ignorarle".
Nilesh Salke, un fisico dell'Università dell'Illinois, Chicago, che ha assistito con le nuove misurazioni e non è stato coinvolto nella ricerca del 2020, ha affermato che "il nuovo lavoro conferma la superconduttività nel CSH". Ha definito la scoperta del nuovo materiale di lutezio "notevole", aggiungendo che si tratta di "un'importante pietra miliare nel campo della superconduttività".
Eppure il documento CSH non è l'unico lavoro correlato sotto tiro. Un coautore dell'articolo CSH, Mathew Debessai, è stato il primo autore di a uno studio del 2009 rivendicando la superconduttività in un terzo materiale, l'europio, che è stato successivamente ritirato per aver presentato dati alterati. (Dias non era un coautore di questo articolo.) Hirsch afferma che in quella pubblicazione "i dati vengono copiati e incollati in un'altra regione". Altri hanno anche sostenuto che alcuni dei dati in un altro di Gli ultimi documenti di Dias è stato duplicato dai dati presi mentre il team stava studiando una sostanza completamente diversa.
Dias nega fermamente tutte le accuse di illeciti e continua a compiere sforzi per stabilire rigorosamente le sue affermazioni di trovare la superconduttività a temperature quotidiane e ciò che conta come pressioni quasi quotidiane nella comunità della fisica ad alta pressione. Sottolinea che il documento di oggi che descrive la superconduttività a bassa pressione nel materiale di lutezio è stato sottoposto a un processo di revisione paritaria insolitamente rigoroso che ha coinvolto più cicli di revisione per la maggior parte dell'anno. Dias ha anche affermato di aver condiviso tutti i suoi dati grezzi con Natura, e che sarà pubblicato insieme al nuovo risultato. Diversi esperti indipendenti hanno espresso fiducia Naturala capacità di assicurarsi che il risultato fosse il più rigoroso possibile.
“Sono abbastanza sicuro che il Natura l'editore e i revisori devono averli grigliati prima di dare un segnale verde ", ha detto Salke.
“Per me è difficile immaginare una seconda ritrattazione”, ha detto Michele Eremet, un fisico del Max Planck Institute for Chemistry in Germania che ha guidato la scoperta dei superconduttori a idruro. "Dovremmo considerarlo seriamente nonostante la preistoria."
Dias ha sottolineato che lui ei suoi colleghi sono stati completamente trasparenti durante un processo di revisione straordinariamente approfondito. "Questa volta abbiamo dato tutto", ha detto. “Tutte le tecniche e tutto. I revisori hanno avuto accesso a tutti i dati.
Il notevole processo di revisione, se stratificato su una storia incerta, ha lasciato alcuni ricercatori nel limbo. "Non so più cosa posso credere", ha detto van der Marel. "Questo è l'intero problema."
Conferma e Commercio
Alla fine, l'accettazione da parte della più ampia comunità di ricercatori sarà nelle mani di altri laboratori. Saranno in grado di riprodurre il materiale e confermarne le proprietà superconduttive? Ci sono motivi per sperare che una risposta arrivi in tempi relativamente brevi.
Mentre ci sono solo una manciata di gruppi al mondo che potrebbero lavorare con le pressioni incredibilmente elevate dell'incudine di diamante necessarie per vedere la superconduttività nel CSH, ci sono dozzine di laboratori che possono lavorare nel regime di pressione inferiore del materiale a base di lutezio, disse Hamlin. Dias ha affermato che negli ultimi mesi il suo laboratorio ha lavorato a un modo per rimuovere completamente le cellule dell'incudine di diamante dal processo, il che potrebbe accelerare ulteriormente gli sforzi per confermare la scoperta.
Per consentire ad altri laboratori di riprodurre fedelmente i risultati, il gruppo deve essere disposto a condividere l'intero set di dati grezzi insieme a metodi dettagliati di preparazione dei campioni o a inviare campioni del proprio materiale ad altri laboratori per testarli, ha affermato Hamlin.
Tuttavia, l'accesso dall'esterno potrebbe non essere all'altezza delle speranze della comunità. Dias e Salamat hanno fondato una startup, Materiali ultraterreni, che, Dias disse, ha già raccolto oltre 20 milioni di dollari di finanziamenti da investitori tra cui i CEO di Spotify e OpenAI.* Di recente hanno anche richiesto un brevetto sul materiale di idruro di lutezio, che li scoraggerebbe dall'inviare campioni per posta. "Abbiamo istruzioni chiare e dettagliate su come realizzare i nostri campioni", ha affermato Dias. "Non distribuiremo questo materiale, considerando la natura proprietaria dei nostri processi e i diritti di proprietà intellettuale esistenti". Ha suggerito che anche "alcune metodologie e processi" sono fuori discussione.
"Senza violare alcuna legge sulla proprietà intellettuale, siamo felici di condividere ciò che abbiamo fatto", ha affermato Dias. "Ci sono anche alcune limitazioni, ma penso che possiamo lavorare su qualcosa."
Nota del redattore:
In un discorso del 2021 organizzato dalla Sri Lanka Association for the Advancement of Science e successivamente pubblicato su YouTube, Dias ha dichiarato: “Recentemente abbiamo raccolto 20 milioni di dollari solo per, sai, concentrarci sulla parte scientifica di questo. E questi sono gli investitori che abbiamo utilizzato per questo tipo di tecnologia". In quel momento (43:25 nel video) appare sullo schermo un elenco di nomi. Nella categoria denominata "Investitori (serie A)", i nomi includono Sam Altman, CEO di OpenAI, e Daniel Ek, co-fondatore e CEO di Spotify. A seguito della pubblicazione di questo articolo, ha detto a Quanta un rappresentante di Dias che quelle erano "dichiarazioni ambiziose", che la società non aveva raccolto i soldi e che i nomi elencati erano potenziali investitori.
Correzione: 8 Marzo 2023
La versione originale di questo articolo identificava Nilesh Salke come ricercatore post-dottorato. In effetti, è un professore assistente di ricerca.
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