Noticias sobre superconductores: qué se está afirmando y qué tan sólida es la evidencia
(science.org)- Dos preprints en rXiv afirman que LK-99 es un “superconductor a temperatura ambiente y presión ambiente”, y sitúan la temperatura crítica por encima del punto de ebullición del agua, en 127°C
- El método de síntesis consiste en mezclar lanarkita y Cu3P en proporción 1:1 y calentarlos a 925°C en un tubo de cuarzo al vacío, por lo que varios laboratorios de investigación de materiales sólidos pueden intentar reproducirlo rápidamente
- Como evidencia se presentaron difracción de rayos X, EPR, efecto Meissner, un cambio brusco de resistencia en la temperatura crítica y gráficas I-V según temperatura y campo magnético; la clave para juzgarlo será si puede reproducirse
- LK-99 es actualmente un material policristalino y podría no transportar grandes corrientes en estado superconductor a alta temperatura, por lo que su viabilidad para aplicaciones industriales sigue siendo incierta
- Si el resultado es correcto, podría acelerarse la búsqueda de materiales basados en pozos cuánticos y haber un gran impacto en áreas como energía, imanes y motores eléctricos, aunque antes de su validación sigue existiendo la posibilidad de que falle
La afirmación de que LK-99 es un superconductor a temperatura ambiente y presión ambiente
- Se publicaron dos preprints en rXiv, y uno de ellos afirma ser el primer superconductor a temperatura ambiente y presión ambiente con el título “The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor”
- Un nuevo manuscrito del mismo equipo también apareció en una revista académica coreana y parece incluir más datos
- Los autores, más allá de sus diferencias internas, mantienen la postura de que realmente obtuvieron el superconductor a temperatura ambiente que afirman haber creado
- Varios laboratorios ya están realizando experimentos de reproducción, y el “preprint con 3 autores” podría retirarse mientras que el “preprint con 6 autores” está siendo revisado como manuscrito enviado a evaluación de revista
Estructura del material y procedimiento de síntesis
- LK-99 es un material dopado con cobre basado en plomo, cuya composición se presenta como Pb10-xCux(PO4)6O
- La síntesis comienza con la preparación de lanarkita, Pb2(SO4)O, un mineral bien conocido de óxido de plomo y sulfato de plomo
- Por separado, se prepara de nuevo fosfuro de cobre, Cu3P, a partir de cobre elemental y fósforo
- Luego se muelen y mezclan ambos materiales en proporción 1:1, se sellan en un tubo de cuarzo evacuado al vacío y se calientan a 925°C para producir LK-99, un material policristalino oscuro
- Su estructura es muy similar a la de apatita, un mineral fosfato bien conocido, pero la sustitución de ciertos átomos de plomo en la red por cobre reduce ligeramente el tamaño de la celda unitaria cristalográfica
Mecanismo superconductor propuesto y evidencia experimental
- Los autores consideran que la estructura deformada y sometida a tensión crea muchos pozos cuánticos entre ciertos átomos de plomo y los oxígenos de los grupos fosfato, formando en la práctica un gas electrónico bidimensional
- El mecanismo propuesto sostiene que la superconductividad aparece cuando los electrones hacen túnel entre pozos cuánticos separados por 3.7~6.5Å
- Para respaldar esta hipótesis se incluyeron varios datos, como difracción de rayos X y EPR
- También se presentaron fenómenos que deberían observarse si realmente fuera un superconductor
- Efecto Meissner: exclusión del campo magnético
- Cambio brusco de resistencia en la temperatura crítica
- Gráficas corriente-voltaje a distintas temperaturas e intensidades de campo magnético, es decir, curvas I-V
- Si estos datos se reproducen, resultará difícil poner en duda la superconductividad de LK-99
Por qué podría aclararse rápidamente
- El procedimiento de síntesis de LK-99 es relativamente directo, así que laboratorios de materiales sólidos en todo el mundo pueden intentar reproducirlo con rapidez
- El proceso en sí es bastante fácil de seguir, hasta el punto de que las primeras muestras podrían salir pronto del recipiente de cuarzo
- Hasta ahora, afirmaciones similares sobre superconductores se han venido abajo bajo revisión minuciosa, y un artículo del grupo de investigación en superconductividad de Rochester también enfrenta una nueva retractación por sospechas de manipulación de datos
- En casos anteriores se requerían equipos muy especializados para fabricar y evaluar el material, pero este reporte tiene una forma que hace probable que se derrumbe rápido o se confirme rápido
- Como ocurrió con el descubrimiento de superconductores en 1987, podría entrar en una fase de verificación en muy poco tiempo
Límites industriales y posible impacto
- No está claro si LK-99 en sí mismo llegará a ser un material industrial de gran escala
- Según los datos de sus propiedades, LK-99 no puede transportar mucha corriente en estado superconductor a alta temperatura, y esa es una propiedad clave para muchas aplicaciones
- Otros superconductores también suelen mostrar una tendencia a reducir su densidad de corriente a medida que la temperatura se acerca a la temperatura crítica
- El LK-99 sintetizado es un material policristalino, y las uniones entre distintas regiones cristalinas pueden influir mucho en la densidad de corriente
- Si los superconductores de pozo cuántico realmente funcionan de esta manera, podría concentrarse una gran cantidad de investigación en si una síntesis y fabricación más sofisticadas pueden aumentar la densidad de corriente
- Si el resultado se reproduce, el simple hecho de que “este tipo de material puede existir” ya sería un gran punto de inflexión
- Si llegan a ser posibles superconductores robustos a temperatura ambiente con alta densidad de corriente, casi todas las áreas que funcionan con electricidad podrían verse afectadas, como la generación y transmisión de energía, antenas, almacenamiento eléctrico, aplicaciones con imanes, plantas de fusión nuclear y motores eléctricos
- Actualmente LK-99 puede no ser ese material final, o quizá todavía no lo sea, y sigue existiendo la posibilidad de que no sea nada de eso
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
Hicieron un resumen muy útil del paper original.
Los autores consideran que la estructura deformada/sometida a tensión crea muchos pozos cuánticos entre ciertos átomos de plomo y los oxígenos de los grupos fosfato adyacentes, formando en la práctica un gas de electrones bidimensional.
Proponen que el mecanismo de superconductividad es el tunelamiento de electrones entre pozos cuánticos separados por 3.7~6.5 Å.
No soy especialista en física del estado sólido como para evaluar esta propuesta, pero me parece positivo que planteen un mecanismo detallado que puede verificarse experimentalmente y que además incluyan bastantes datos, como difracción de rayos X, EPR, etc.
También presentan comportamientos que debería mostrar un superconductor, como el efecto Meissner, un cambio brusco de la resistencia en la temperatura crítica y curvas de corriente-voltaje según temperatura/campo magnético.
Si estos datos se reproducen, parece difícil dudar de la superconductividad de este material.
Demostrar el hecho de que es superconductor es mucho más fácil y más importante que demostrar por qué lo es.
Aun así, formular una teoría operativa para la superconductividad a temperatura ambiente también probablemente sea digno de un Nobel, así que imagino que los físicos teóricos ya estarán corriendo hacia el pizarrón.
Desde mi experiencia con algo de trabajo en estado sólido, esperaría que la explicación incluyera un mecanismo de formación de pares de electrones.
El simple tunelamiento entre pozos cuánticos ha sido un tema común desde los “metamateriales” de los años 80 y 90.
Dicho eso, las curvas medidas no mienten, y como no he seguido de cerca el campo todo este tiempo, quiero escucharlo con la mente abierta. De verdad espero que llegue la revolución superconductora.
Mejor aún: como esta es una afirmación enorme, servirá como caso para mostrar cómo funciona la epistemología en la ciencia, especialmente qué significa la reproducción.
Quisiera saber si algún día podría usarse en las capas de distribución de energía/reloj de chips semiconductores sin una refrigeración enorme.
New Scientist obtuvo respuestas de los autores y de varios expertos: https://www.newscientist.com/article/2384782-room-temperatur...
Kim figura como coautor solo en uno de los papers de arXiv; el otro fue escrito por colegas del Quantum Energy Research Centre de Corea, y algunos de ellos también presentaron una patente de LK-99 en agosto de 2022.
Los dos papers presentan mediciones similares, pero Kim dice que el segundo paper tiene “muchos defectos” y que fue subido a arXiv sin su permiso.
Otros expertos contactados por New Scientist también se mostraron escépticos sobre los resultados y los datos, y algunos expresaron preocupación de que parte de los resultados pudiera explicarse por errores en el procedimiento experimental y defectos en las muestras de LK-99.
Si es cierto, sorprende que hayan mantenido guardado un descubrimiento así durante más de dos años.
Actualización: el nombre LK-99 también parece venir de los doctores Lee y Kim, sus descubridores, y del año del descubrimiento, 1999, así que podría haber una historia aún más larga: https://kr.linkedin.com/in/ji-hoon-kim-03508b80
No soy físico especializado en superconductores, pero he seguido este campo bastante de cerca desde los años 90.
Probablemente se sabrá en la próxima semana o dos. Para un experimento tan fácil de reproducir, lo que está en juego es demasiado grande como para que haya razón de que tarde más.
Un investigador en Reddit considera que es muy probable que esto no sea superconductividad, sino un artefacto de medición
Dice que no necesariamente hicieron trampa, sino que parecen no entender qué están observando
Su evaluación es que, por los parámetros y métodos de medición, no parecen comprender bien los procedimientos estándar para caracterizar superconductores, y que por el análisis/la discusión también se nota falta de conocimiento científico sobre la teoría de fondo
La crítica es que los dos artículos se acercan más a mala ciencia que a mala fe, y que incluso si la afirmación fuera cierta, seguiría siendo mala ciencia
Señala que afirmaciones parecidas no son raras, y pone como ejemplo un artículo de hace unos años que desapareció sin resultados: https://doi.org/10.48550/arXiv.1807.08572
https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
La afirmación previa de que el grafito puede hacer lo mismo no me parece cierta
El grafito puede expulsar un campo magnético, pero se desliza y se cae, así que en experimentos de diamagnetismo se usan varios imanes para mantenerlo en su lugar
En el video no parece que se deslice hacia ningún lado, así que, en mi opinión, el video no muestra diamagnetismo
https://sciencecast.org/casts/suc384jly50n
Edición: viéndolo de nuevo, parece estar fijado por una esquina y esa esquina siempre apunta hacia afuera del imán, así que podría ser simplemente diamagnetismo. Sería bueno que alguien con carbono pirolítico lo probara
Edición 2: el 99% de los videos de diamagnetismo en YouTube usan varios imanes, y los videos que muestran diamagnetismo con un imán de un solo polo son justamente casos donde no funciona: https://youtu.be/D-tW8_SRW3g
Creo que es algo más que simple carbono pirolítico
En el primer artículo afirman haber medido resistencia cero a escala de microvoltios, pero evitan cuidadosamente mostrar la curva completa de resistencia-temperatura
En el segundo artículo, al ver una curva más completa, aparece un cambio grande incluso por debajo de Tc, y me pregunto cómo podría cambiar tanto la resistencia en un estado superconductor de resistencia cero
También en la figura 1c del artículo 1 se ve mucho ruido en el estado óhmico, y con campo magnético cero parece un aislante cuya resistencia aumenta al bajar la temperatura, pero al aplicar un campo magnético parece un metal. Algo está mal en la medición
También es raro que hayan fijado 400K como temperatura superconductora. Coincide exactamente con el límite superior que puede medir un sistema MPMS, así que no parece del todo arbitrario
Naturalmente, lo correcto sería medir hasta temperaturas mucho más altas con un accesorio de horno y verificar los resultados con colaboradores de otros laboratorios
10 gauss es un campo magnético muy pequeño para una medición ZFC-FC, y si Tc está por encima de 400K, hacen falta datos a mayor temperatura para mostrar algo sobre la transición de fase
La afirmación de que midieron la densidad de estados tampoco está justificada en absoluto, ni siquiera citada. No sé cómo se puede creer eso
En general, los datos y la forma en que está presentado el artículo son descuidados. Si de verdad hubieran hecho un descubrimiento revolucionario, pensaría que habrían puesto más cuidado
Resumiéndolo desde la perspectiva de un no experto: si esto fuera un superconductor y las mediciones fueran correctas, la figura 5 significaría que la muestra debe ser completamente pura para volverse superconductora
Pero el resto del artículo apunta a que la muestra debe tener impurezas
Por lo tanto, es bastante probable que no sea un superconductor o que la medición esté mal, probablemente ambas cosas
Tampoco han mostrado nunca un efecto Meissner completo elevándolo correctamente hasta la temperatura crítica, así que si la medición está mal, en cualquier caso no sería evidencia de superconductividad sino solo de diamagnetismo
https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
La figura 1b muestra la resistividad a una temperatura desconocida. Hacen pasar corriente y miden que no hay caída de potencial; primero deberían indicar la temperatura y después medirla como función de la temperatura
Lo clave es que la resistencia caiga a cero en la temperatura crítica, pero lo que ellos mostraron es solo que probablemente se rompió el contacto por donde inyectan corriente
Según mi criterio, no pasa la verificación básica. También expliqué en Reddit por qué me parece que no tiene sentido
La única forma en que esto se sostenga es si todo fue manipulado, y en ese caso habría que dejar abiertas todas las posibilidades
No conozco bien las demás partes, así que me cuesta opinar, pero 1b carece de sentido con apenas un poco de conocimiento, así que la veracidad del resto también me parece muy dudosa
No sé qué tan significativo sea que él diga que “estudia el mecanismo MIT de sistemas fuertemente correlacionados, el mecanismo de alta Tc en superconductores de cupratos, dispositivos MIT y transistores cuánticos”
https://www.quora.com/profile/Hyun-Tak-Kim?share=1
Un punto interesante que vi en Twitter: en los dos artículos publicados, los dos primeros autores son “Lee” y “JH Kim”, y ellos están vinculados con el nombre del material LK-99
El primer artículo fue publicado por YW Kwon, poniéndose a sí mismo como tercer autor, y el segundo artículo fue publicado unas horas después por Hyun-Tak Kim, poniéndose a sí mismo como tercer autor
Si se considera que el Premio Nobel solo puede incluir a un máximo de 3 personas, es posible que todos vean este resultado como digno de un Nobel, y que estos artículos no hayan sido lo bastante pulidos o rigurosos por el drama/la competencia por publicar
Es posible que YW Kwon lo haya publicado sin permiso para figurar, y que por eso Hyun-Tak haya subido de prisa su propia versión unas horas después
Me recuerda al artículo de hace unos 10 años que afirmaba haber medido neutrinos más rápidos que la luz.
En ese momento, los autores dejaron claro algo como: “probablemente estemos equivocados, pero no sabemos dónde cometimos el error. ¿Y si tenemos razón y acabamos de refutar la relatividad?”.
Al final, eso fue un error de medición [1].
Esto también podría ser así, pero el hecho de que los autores principales publicaran el artículo en dos versiones y que en una pusieran solo 3 nombres, al parecer porque el Nobel se otorga como máximo a 3 personas, parece menos humilde o vulnerable que aquella vez.
Aun así, espero que tengan razón.
[1] https://www.nature.com/articles/nature.2012.10099
Se parece más al largo linaje de afirmaciones tipo “¡esta vez sí, un superconductor a temperatura y presión estándar!”, pero no es lo mismo que un descubrimiento que choque con los modelos físicos actuales.
El hilo “The first room-temperature ambient-pressure superconductor?”, ya muy votado y discutido, apenas acaba de quedar relegado a la página 2: https://news.ycombinator.com/item?id=36864624
Aun así, este tema es excepcionalmente interesante y sigue en desarrollo, y las explicaciones de Lowe suelen ser bien recibidas y tener buena respuesta en HN, así que en este caso cierta duplicación parece justificable.
Este video que muestra el efecto Meissner parece ser lo más fácil de reproducir: https://sciencecast.org/casts/suc384jly50n
Bastaría con enviar la muestra a otro laboratorio y ponerla sobre un imán grande.
Hasta donde sé, las únicas explicaciones de este fenómeno son la superconductividad a temperatura ambiente o un diamagnetismo fuerte; incluso si fuera lo segundo, sería bastante genial.
https://scitoys.com/scitoys/scitoys/magnets/pyrolytic_graphi...
https://youtu.be/Wk3seHNmNs8
Si se espera que este material pueda sintetizarse casi fácilmente, me pregunto por qué el grupo original no hizo que una de sus muestras fuera verificada por una institución externa e independiente antes de subirlo a arXiv.
¿Habría alguna circunstancia interna o presión que los obligara a publicarlo ahora?
No sé si avanzaron en secreto durante dos años después de presentar la patente pero el riesgo de filtración aumentó y por eso publicaron con prisa, o si ya obtuvieron una confirmación externa independiente pero estaban tan seguros de que pronto todos podrían reproducirlo que no vieron necesidad de compartirlo.
De lo contrario, me parece que habrían preparado de antemano 100 muestras para enviárselas a cualquiera que quisiera verificarlas.
Parece que el externo independiente que eligieron fue Hyun-Tak Kim.
Ahora quedó abierto para que todos lo prueben, así que si es real lo sabremos pronto.
Si les preocupaba una filtración, también fue una jugada inteligente porque les permite tener el control de la noticia.
Un punto extraño que todavía no se ha discutido mucho es que la capacidad calorífica de LK-99 reportada disminuye por encima de 250 K. Es bastante inusual, y me pregunto si ha habido alguna explicación al respecto.
“Trabajo en este campo y no nos creemos ni una palabra de esto. También vale la pena ver el conjunto de datos de la figura 4(b). Que la capacidad calorífica vuelva a disminuir a temperaturas altas es muy inusual. A bajas temperaturas puede pasar, pero no a altas. Personalmente, creo que los autores midieron un aislante, por lo que no circuló corriente y, por lo tanto, tampoco se generó voltaje (medición de cuatro puntas). Eso puede hacer que parezca un superconductor. Pero si se aumenta la corriente, es decir, el voltaje aplicado, puede producirse una ruptura dieléctrica y empezar a circular corriente. Eso explicaría el aumento abrupto”
Lo más extraño es que este material parece haberse desarrollado hace unos años, el video del fragmento flotando se subió hace 3 meses, y al parecer producir muestras adicionales también es fácil, pero el paper se lee como si lo hubieran hecho a las apuradas en menos de una semana
Puede que el inglés no sea su lengua materna, pero la forma de presentar las figuras tampoco es buena
Tampoco parece que hayan hecho experimentos de alta calidad durante ese período. Si descubrieras un material mágico capaz de cambiar el mundo, uno pensaría que te esforzarías mucho más por hacer buenos experimentos lo antes posible y publicar un buen paper
El video de baja calidad y los gráficos descuidados recuerdan al fraude de Victor Ninov
¿Quién tendría más incentivos para verse lo más convincente posible: un estafador, o un futuro ganador del Nobel con una patente sobre una tecnología que sacudiría al mundo?
El primero necesita que el lector le crea para que el fraude tenga éxito, mientras que el segundo no lo necesita tanto porque la verdad pronto será evidente
Puede ser con el objetivo de ocultar datos, sean falsos o reales
Si es falso, me intriga la historia detrás. Aunque no haya sido intencional, habrá un golpe serio a las carreras de los involucrados; y si fue intencional, creo que será nivel “buscar trabajo en otro campo”
Si fue intencional, ¿cómo pudieron pensar que no los iban a descubrir? Si no fue intencional, ¿cómo pudieron publicar una afirmación tan sorprendente sin estar absolutamente seguros de lo que estaba ocurriendo?
Si fue una “competencia por publicar”, ¿por qué no enfatizaron mucho ese punto en el paper y lo llenaron de indicios y reservas? Además, por este comentario, suena como si al menos lo hubieran tenido guardado bastante tiempo
Ninguna de las opciones parece plausible, pero al final una de ellas tiene que ser cierta. Por el bien de todos, espero que sea tal como está escrito