- En algunas muestras de Pb10-xCux(PO4)6O de apatita de plomo dopada con Cu se observó resistencia cero a 110 K, por lo que surgen como un nuevo objetivo de verificación adicional para la afirmación de superconductividad a temperatura y presión ambiente
- La síntesis se realizó mediante sinterización en estado sólido usando Lanarkite Pb2(SO4)O o Pb3O2SO4 y Cu3P, y en la comparación S1~S4 los ratios de mezcla influyeron más en el resultado que el tipo de precursor
- En XRD, S1 mostró un patrón de difracción similar al de la muestra del arXiv 2307.12037, y se usó como evidencia de la síntesis del material objetivo porque no aparecieron picos claros de CuS2
- Incluso dentro del mismo S1, según el fragmento, hubo una división entre resistencia cero a 110 K y comportamiento semiconductivo, y por encima de 250 K aparecieron saltos de resistencia de causa no aclarada
- La resistencia cero se mantuvo incluso bajo un campo magnético de 0~9 T, pero no se observó una señal de Meissner, por lo que sigue abierta la posibilidad de una fracción de volumen superconductor pequeña o de la necesidad de verificación adicional
Contexto de la búsqueda de superconductividad a temperatura y presión ambiente
- La superconductividad se observó por primera vez en 1911 y luego dio lugar a aplicaciones como MRI y aceleradores de partículas, pero la restricción clave que impide un uso más amplio son las condiciones de temperatura ultrabaja
- La búsqueda de superconductores de alta temperatura lleva más de 100 años, y los principales casos reportados en la literatura son los siguientes
- Los superconductores de óxido de cobre muestran una Tc de más de 150 K
- Los superconductores basados en hierro muestran una Tc de más de 50 K
- En SH3 se reportó una Tc de alrededor de 203 K a 155 GPa
- En YH9 y LaH10 se reportó superconductividad de 243 K y 260 K, respectivamente, a alrededor de 200 GPa
- En marzo de 2023, Gammon y colaboradores reportaron evidencia de superconductividad en lutetium-hydrogen-nitrogen bajo la condición near ambient de 1 GPa, pero la controversia sobre su confiabilidad continuó
- Aún no se ha confirmado un superconductor a temperatura y presión ambiente, y recientemente se reportó superconductividad a temperatura ambiente con Tc de alrededor de 400 K en Pb10-xCux(PO4)6O, lo que aumentó la necesidad de una verificación independiente
Síntesis de muestras de Pb10-xCux(PO4)6O
- Las muestras policristalinas de Pb10-xCux(PO4)6O se fabricaron mediante sinterización en estado sólido
- La primera etapa fue la síntesis de los precursores Lanarkite y Cu3P
- Para obtener Lanarkite, se mezclaron polvos de Pb(SO)4 y PbO en una proporción estequiométrica 1:1 y se molieron durante 1 hora
- La mezcla se dividió entre un tubo de cuarzo de alto vacío y un crisol de alúmina al aire, y se calentó hasta 725℃ a una velocidad de 3 ℃/min, manteniéndola 24 horas
- La mezcla sinterizada al aire se transformó en la fase Pb3O2SO4, mientras que la mezcla en el tubo de cuarzo de alto vacío se transformó en la fase Pb2(SO4)O
- Cu3P se obtuvo mezclando Cu y P en una relación molar 3:1 dentro de una glovebox de argón, sellándolos en un tubo de cuarzo de alto vacío y calentando hasta 550℃ a 3 ℃/min para mantenerlos 48 horas
- Para sintetizar el material objetivo, se compararon cuatro condiciones
- S1: 2Pb2(SO4)O + 2Cu3P
- S2: 2Pb3O2SO4 + 2Cu3P
- S3: 4.5Pb2(SO4)O + 6Cu3P
- S4: 4.5Pb3O2SO4 + 6Cu3P
- La mezcla y la molienda se realizaron en una glovebox de argón, y la mezcla se comprimió en bloques cilíndricos de 8 mm a 6 GPa antes de sellarse en un tubo de cuarzo de alto vacío
- Los pellets se calentaron hasta 925℃ a una velocidad de 1.5 ℃/min, se mantuvieron 10 o 20 horas y luego se enfriaron para producir el producto objetivo
Por qué se eligió S1 según XRD
- Para el análisis de estructura cristalina se utilizó XRD con radiación Cu-Kα
- Los datos XRD del precursor Cu3P coincidieron completamente con la tarjeta PDF estándar, por lo que se evaluó como una fase pura sin impurezas
- La mezcla de Pb(SO)4 y PbO formó fases diferentes según la atmósfera de sinterización
- En sinterización al vacío se observó Pb2(SO4)O
- En sinterización al aire se observó Pb3O2SO4
- Las posiciones de los picos XRD de S1 y S2 fueron iguales entre sí, y S3 y S4 también fueron iguales entre sí, lo que indica que si el precursor era Pb2(SO4)O o Pb3O2SO4 tuvo un efecto limitado sobre el producto objetivo
- En cambio, los picos de S1 y S3, así como los de S2 y S4, fueron casi completamente distintos, por lo que la proporción de precursores apareció como la variable clave que determina el resultado de la síntesis
- El patrón XRD de S1 coincidió con la muestra previa de la ref. [21], y se usó como evidencia de la síntesis de Pb10-xCux(PO4)6O porque no se observaron picos claros de CuS2
Señales contradictorias observadas en la resistencia eléctrica
- Las mediciones de propiedades físicas se realizaron dividiendo la muestra S1 en varios fragmentos pequeños
- La muestra se rompía con facilidad y era difícil cortarla con una forma regular, por lo que solo algunos fragmentos pequeños se eligieron para medición
- En la resistencia dependiente de la temperatura de un fragmento de S1 medida con el método estándar de 4 puntas, se observó una característica clara de resistencia cero a 110 K
- Este resultado se interpretó como una señal que apunta a la posibilidad de superconductividad
- Otros fragmentos del mismo S1 mostraron comportamiento semiconductivo consistente con la literatura [22]
- Por encima de 250 K aparecieron dos grandes saltos de resistencia, y las curvas de calentamiento y enfriamiento coincidieron por completo
- La causa de los saltos de resistencia no está clara, y sigue abierta la posibilidad de que estén relacionados con el contacto de los electrodos
Mediciones bajo campo magnético y tareas de verificación pendientes
- Se midió la resistencia dependiente de la temperatura de S1 bajo campos magnéticos de 0~9 T
- A medida que el campo magnético aumentó hasta 5 T, la Tc onset se suprimió gradualmente, pero la Tc zero siguió alcanzando más de 110 K
- Cuando el campo magnético aumentó a 7 T o más, la tendencia de la resistencia se volvió anómala, mostrando un comportamiento opuesto al de los superconductores convencionales, donde un campo magnético externo simplemente reduce la temperatura crítica superconductora
- La razón concreta de este comportamiento anómalo requiere estudios adicionales
- Como la resistencia cero se mantuvo con solidez incluso bajo campo magnético, es posible que este material tenga un campo magnético crítico superior grande
- En las mediciones magnéticas para confirmar mejor las propiedades superconductoras no se observó una señal de Meissner clara
- La ausencia de señal de Meissner sugiere que la fracción de volumen superconductor de la muestra podría ser muy pequeña
- Sigue siendo difícil fabricar muestras de alta pureza, y tampoco se ha confirmado qué componente es responsable de la resistencia cero o de la superconductividad
- También sigue abierta la pregunta de si la Tc puede elevarse hasta temperatura ambiente
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
Resumiendo hasta ahora, sobre la afirmación de que se obtuvo un superconductor a temperatura ambiente (~300 K), los intentos de reproducción están dando resultados divididos: la documentación del método de fabricación es tan deficiente que solo algunas muestras muestran propiedades interesantes, y aun dentro de ellas los resultados no coinciden.
Todavía casi ningún intento ha mostrado por completo todo el conjunto de propiedades y comportamientos que debería exhibir un verdadero superconductor a temperatura ambiente, pero como esos experimentos toman tiempo, eso por sí solo no es una señal de problema.
Personalmente creo que lo más probable es que sea algo interesante pero aún mal entendido; el mejor caso sería que la muestra original del laboratorio coreano haya tenido suerte en la síntesis y sí fuera un verdadero superconductor a temperatura ambiente, y el peor caso sería que solo hayamos obtenido otra clase de superconductor de alta temperatura, más cálido que el nitrógeno líquido pero con aplicaciones limitadas.
Me sorprendió que en los hilos permanentes sobre LK-99 hubiera tan poca gente escéptica de los resultados.
Para algo improvisado en pocos días funciona bien, pero la muestra es muy heterogénea, lo que dificulta mucho las mediciones y la interpretación, así que necesita mejoras considerables.
Será difícil esclarecer por completo las propiedades de este material hasta que alguien haga crecer un monocristal, y desarrollar ese proceso podría tomar de meses a años.
Pero esa característica podría hacerlo incluso más interesante para la microelectrónica. Especialmente si la resistencia perpendicular a la dirección superconductora es alta, suponiendo que algo así sea posible.
Si hay algo ahí, parece que al menos encontraron un material interesante; y considerando que estudios teóricos recientes respaldan la afirmación, además de la discusión de que la formación de un material aparentemente superconductor sería difícil, diría que aunque el proceso necesita mucho refinamiento, el potencial de un superconductor a temperatura y presión ambiente ya fue afirmado experimentalmente y también mostrado teóricamente.
Frases como “el trabajo es burdo” o “el método no está refinado” se usan como si fueran evidencia en contra, pero en realidad se parecen más a evidencia de que la ciencia avanza con múltiples enfoques y técnicas, que ninguno basta por sí solo y que todos son necesarios.
Como comparación, según esta página de Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/High-temperature_superconducti...), la temperatura más alta actual para un superconductor a presión atmosférica es de unos 138 K (-135 °C).
No soy experto, pero por lo que entiendo de manera limitada, si este resultado se confirma, aunque esté lejos de la temperatura ambiente, LK-99 sería un descubrimiento bastante interesante en el campo de los superconductores.
Cuando se valida un nuevo superconductor, a menudo se encuentran formas de aumentar la temperatura u optimizar otras características, así que el hecho de que LK-99 al menos no sea “nada” es positivo; sumado a los estudios de simulación recientes, sube mi estimación bayesiana personal y aproximada de que LK-99 o materiales derivados relacionados puedan ser un paso significativo hacia un superconductor a temperatura ambiente.
Como mínimo significa que LK-99 está al nivel de otros materiales, y dado que su composición química es distinta a la de otros materiales en la tabla (por ejemplo, por estar basado en plomo), probablemente haya muchos fenómenos nuevos que aprender, entender y optimizar.
Si este laboratorio logró estos resultados en unas pocas semanas, laboratorios con equipamiento más especializado y dedicación plena podrían obtener mejores resultados y elevar aún más el estándar.
Al mirar la gráfica clave de temperatura-resistencia, no parece que estos datos respalden la conclusión de que sea un superconductor.
Las gráficas de temperatura-resistencia de superconductores que he visto hasta ahora muestran un corte bastante abrupto en la temperatura crítica, una línea vertical clara; aquí, aunque la escala logarítmica dificulta la intuición, parece una transición que entra gradualmente en el rango de ruido.
Además, normalmente se ve que la temperatura crítica cambia según el campo magnético aplicado, pero aquí no se aprecia un cambio claro en la temperatura crítica aparente.
Este resultado da la impresión de no preguntarse “¿esto es un superconductor?”, sino de asumir que el material necesariamente lo es y analizar todos los datos bajo esa premisa.
A medida que aumentan las regiones superconductoras en la muestra, puede formarse una ruta superconductora entre las sondas y la resistencia podría ir disminuyendo gradualmente hasta llegar a 0.
La página de Wikipedia de LK-99 tiene una tabla de seguimiento de intentos de reproducción con fuentes, muy útil: https://en.wikipedia.org/wiki/LK-99
Aunque no la citaron como fuente, probablemente porque no consideran a SpaceBattles una fuente suficientemente profesional
Últimamente en HN se ve mucho el ánimo de “si esto no fuera real, ¿por qué lo anunciarían los laboratorios?, ¿qué tendrían que ganar?” o “si hacen afirmaciones falsas de reproducción, arruinarían sus carreras como investigadores”. Yo también quiero creer, pero en un ambiente tan sobrecalentado hace falta un poco de escepticismo
Lo de “arruinar la carrera” depende del caso. Si publicaron números totalmente falsos o un video falso de forma intencional, por supuesto que sería fatal, pero ahora mismo no pasó por revisión por pares y todavía puede retirarse. Si fue una muestra contaminada, se retira; si fue una mala metodología de medición, se retira. Quedará el recuerdo de que al principio publicaron un paper polémico, pero mientras no se demuestre manipulación, muchas cosas pueden tratarse como un “error honesto”
Lo de “no tienen nada que ganar” tampoco es correcto. La ciencia debería ser objetiva, pero las agencias que asignan financiamiento no lo son. Aunque no sea una apuesta totalmente al azar como en venture capital, muchas veces importan tanto el equipo y el contexto “correctos” como la idea en sí. Una forma de obtener ese contexto es codearse con gigantes, y una forma de conseguir un buen equipo es atraer talento mediante alta visibilidad
En última instancia, si más adelante otra persona demuestra que LK-99 es un superconductor, ellos tienen mucho que ganar aunque su investigación inicial no haya sido perfecta
Si un equipo sintetizó algo que se parece a LK-99 y que no es superconductor pero tiene propiedades un poco inusuales, debe elegir entre hacer más experimentos de control para comprobar si se trata de contaminación, errores de proceso o una combinación de ambos, o subir a ArXiv un paper ambiguo y con gancho para atraer clics, esperando que otros resultados encajen más o menos
No estoy diciendo que este paper u otros hayan presentado resultados deliberadamente falsos o engañosos, pero los científicos también son humanos: siguen modas, sienten miedo de quedarse afuera y a veces ven lo que quieren ver. Las grandes afirmaciones requieren grandes evidencias, y todavía no las hay, aunque eso tampoco significa que no haya algo de verdad dentro de una gran afirmación
En un asunto de tanta visibilidad, si se hace un anuncio público por un error de manipulación y luego se retira, es imposible que no afecte la carrera. Es parecido a que un biólogo afirme haber encontrado evidencia de vida extraterrestre y luego se retracte; si fuera yo, hasta pensaría en hacerme el harakiri
Al ver la gráfica resistencia-temperatura, resulta confuso porque no muestra resistencia cero a 110 K, sino que a 110 K la resistencia bajó lo suficiente como para llegar al piso de ruido del equipo
Es difícil llamarlo superconductividad, porque si fuera superconductividad tendría que ser realmente cero, en el sentido de “pones corriente en un anillo hecho de este material y, si vuelves un año después, sigue igual”
La caída exponencial alcanza rápidamente incluso a un valor distinto de cero que sea muy pequeño. Aun así, es interesante que la resistividad disminuya exponencialmente, y no sé si eso es inusual o significativo. También hay que explicar esa extraña caída cerca de 230 K
Claro que todos los experimentos de física tienen un piso de ruido y errores finitos, y también hay resistencias distintas de cero en las sondas y en la interfaz sonda-muestra, así que no se puede medir exactamente resistencia cero
Pero si, como en la gráfica, la resistencia cae y luego de pronto se estabiliza en un valor muy pequeño pero no cero, sería una coincidencia enorme. Explicarlo podría requerir física completamente nueva, y sería una noticia mucho más grande que un simple superconductor con temperatura crítica de 110 K
Se parece demasiado a lo que pasó después de Fleischmann & Pons. Los laboratorios que intentaron reproducirlo observaron esta o aquella propiedad, pero al final nunca surgió una imagen clara en conjunto.
Aquí dicen que es un superconductor a temperatura ambiente, pero no es superconductor a temperatura ambiente; es una muestra en la que no se midió el efecto Meissner a ninguna temperatura, y los propios autores reconocen que algunas (o muchas) muestras resultaron ser semiconductoras.
Además, no explican lo suficiente cómo midieron la resistencia. Sabemos que la corriente fue de 1 mA, pero ¿qué equipo y qué configuración usaron? Medir resistencias muy pequeñas es difícil, así que hace falta más información.
Fleischmann & Pons no tenían respaldo teórico y, en esencia, era “medimos algo y no sabemos qué está pasando”. LK-99 se parece más a “en teoría podría ocurrir algo interesante, y creemos haberlo medido en algunas muestras, pero no logramos reproducirlo de forma confiable”.
Aun así, al menos una de las preguntas sobre el equipo sí está respondida en el artículo. Es el Physical Property Measurement System (PPMS) de Quantum Design Inc., y por la foto queda claro que usaron un fixture de prueba de resistencia DC.
https://www.qdusa.com/products/ppms.html
https://www.qdusa.com/products/ppms.html
Aun así, quedan muchas dudas: por ejemplo, por qué solo muestran que la resistencia llega al piso de ruido y no calculan la resistividad superficial.
La universidad prácticamente los presionó para hacer públicos los resultados, pero fue demasiado apresurado; debieron haber esperado 10 años. Antes de esto, ambos eran investigadores de primer nivel 100% legítimos, y después del escándalo muchos científicos siguieron investigando caminos iniciados por el experimento original de F&P, aunque sin grandes éxitos.
LK-99 también podría generar más investigación después de que fracasen los intentos de reproducción en un mes, pero parece poco probable que lleve al santo grial.
Estoy viendo este artículo con bastante cautela. La gráfica de la Fig. 3a etiqueta $T_c^{zero}$ como 110 K, pero la resistencia “0” en realidad es solo 1e-5 Ω, y aunque la muestra pudiera ser superconductora, la temperatura crítica de todos modos sería mucho menor que 110 K.
Entiendo que es difícil obtener muestras grandes, pero la etiqueta de esa gráfica es bastante engañosa.
En una medición Kelvin de 4 hilos, la corriente de medición fue de 1 mA, y la lectura de voltaje entre los extremos del material fue de alrededor de 1 a 10 nanovoltios, una magnitud que apenas pueden medir los mejores voltímetros de propósito general del mundo.
Parece que los autores consideran que la caída de voltaje despreciable, junto con la caída abrupta y el aplanamiento de la curva resistencia-temperatura, son indicios suficientemente convincentes de superconductividad. Espero que equipos posteriores hagan pruebas más rigurosas.
La disminución de resistencia tampoco se ve como una transición de fase típica, y el rango de temperatura es demasiado amplio. Puede que los cables de voltaje no estuvieran bien conectados a la región de la muestra por la que realmente circula corriente; en ese caso, aunque la resistencia real aumente al enfriar la muestra, el voltaje medido y, por tanto, la “resistencia”, podrían disminuir.
Habría sido interesante que incluyeran también la resistencia de 2 puntos entre los cables de corriente.
Es una señal de voltaje bastante pequeña, comparable al ruido RMS de un amplificador de instrumentación estándar estabilizado por chopper cerca de DC a temperatura ambiente.
No estoy seguro de que una corriente más alta sea razonable; se podría enfriar el amplificador de precisión para reducir la figura de ruido, pero entonces también harían falta aislamiento óptico y alimentación por batería.
https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/...
No sé mucho de física, pero un verdadero conductor de resistencia 0 se siente como si violara algo como las leyes de la termodinámica.
¿Un superconductor realmente tiene impedancia 0, o solo es extremadamente baja? En estas gráficas, el piso del eje y parece algo como “0.00001 ohmios”.
Simplemente aún no se han descubierto, y dentro del concepto que entendemos como “resistencia”, de verdad tienen resistencia 0.
La conducción en sí tampoco es trabajo; simplemente es conducción.
Puede haber una resistencia minúscula por los contactos y las impurezas, pero, por ejemplo, la resistencia no aumenta en proporción a la longitud del cable.
Cómo es posible resulta relativamente sencillo si aceptas lo extraña que es la mecánica cuántica. Uno de los principios básicos de la mecánica cuántica es que al menos la mayoría de las cosas están cuantizadas y, en particular, que la energía de los estados solo existe en cantidades discretas. Esa es también la razón por la que existen las órbitas de los electrones en los átomos.
Los electrones solo pueden tener ciertos valores y no hay estados intermedios, así que cuando pasan de una órbita a otra deben absorber o emitir exactamente esa diferencia de energía. Esto se puede ver de verdad en materiales fluorescentes, como la carátula luminosa de un reloj: los fotones de luz roja tienen una energía demasiado baja para “cargarla”, mientras que los verdes o azules sí pueden, y se cargue con la luz que se cargue, siempre brilla del mismo color.
La resistencia que encuentran los electrones al moverse dentro de un conductor también está cuantizada. En un superconductor se da una situación en la que el material no puede absorber la cantidad de energía que los electrones pueden emitir, y esa absorción es necesaria para la interacción. Como resultado, no hay interacción y tampoco hay resistencia.
Como analogía, es como intentar comprar una botella de agua de 1 dólar con un billete de 100 dólares. Nadie quiere darte 99 dólares de cambio, y tampoco puedes pagar 100 dólares por una botella de agua, así que aunque tengas dinero no puedes comprarla.
Muy simplificado, así es como funcionan la superconductividad y la superfluidez. Ahora el problema es preparar las condiciones en las que la superconductividad sea posible, y una forma es enfriar muchísimo el material. Todos los metales se vuelven superconductores cuando la temperatura se acerca lo suficiente a 0, pero por lo general por debajo de unos pocos kelvin, a veces incluso a fracciones de kelvin. Por eso fue tan importante cuando aparecieron por primera vez materiales compuestos que mostraban este efecto a temperaturas más altas, y desde entonces continúa la búsqueda de mejores materiales.
La muestra utilizada no presentó efecto Meissner, pero es notable que haya mostrado superconductividad alrededor de 100 K.
“Para verificar mejor las propiedades superconductoras, realizamos mediciones magnéticas de la muestra; lamentablemente, no se observó una señal Meissner clara, lo que sugiere que la fracción de volumen superconductor de la muestra podría ser muy pequeña. La preparación de muestras de alta pureza sigue siendo un desafío”.
El primer artículo concluyente tendrá que mostrar una transición superconductora tanto en la resistividad eléctrica como en la magnetización.