LK-99: reportan éxito en levitación magnética a temperatura ambiente y presión atmosférica
(arxiv.org)- Se reportan resultados de un experimento de seguimiento en el que se obtuvo una muestra de levitación magnética a temperatura ambiente y presión atmosférica en cristales de LK-99, un apatito de plomo modificado; se observó un ángulo de levitación mayor que en la muestra previa de Sukbae Lee
- La síntesis se basa en un método de estado sólido que pasa por precursores de lanarkita y fosfuro de cobre, y produce el material objetivo con composición Pb10-xCux(PO4)6O bajo condiciones de 10^-2 Pa
- En mediciones de magnetización-temperatura, la muestra masiva mostró transiciones de aproximadamente 326 K y 299 K en ZFC/FC, mientras que los cristales micrométricos seleccionados por repulsión magnética mostraron una transición de aproximadamente 340 K
- Los cristales micrométricos mostraron un fenómeno de levitación en el que se erguían perpendicularmente respecto del sustrato al acercar un imán fuerte; en una prueba separada de atracción, indicaron que no fueron atraídos por el imán, por lo que descartaron efectos ferromagnéticos
- Los resultados llevan a interpretar que la cristalinidad y el dopaje con Cu son importantes, aunque aún quedan verificaciones adicionales como pruebas eléctricas a temperatura ambiente
Síntesis de LK-99 y objetivos de verificación
- Sukbae Lee y otros habían afirmado que el cristal de apatito de plomo modificado LK-99 podría mostrar superconductividad a temperatura ambiente y presión atmosférica, con una temperatura de transición superconductora Tc superior a 400 K y levitación por efecto Meissner
- Este equipo de investigación reporta que sintetizó cristales de LK-99 y obtuvo una muestra capaz de levitar magnéticamente a temperatura ambiente
- Señalan que el ángulo de levitación observado es mayor que el de la muestra de Sukbae Lee
Método de síntesis y características de la muestra
- Las muestras de LK-99 se crecieron con composición Pb10-xCux(PO4)6O, 0.9 < x < 1.1
- En la síntesis se usó un método de estado sólido similar al reportado por Sukbae Lee y otros
- Se sintetizó lanarkita, es decir, el precursor Pb2(SO4)O
- Se sintetizaron cristales de fosfuro de cobre, es decir, Cu3P
- Luego se sintetizó el producto objetivo LK-99
- Todas las reacciones se realizaron bajo condiciones de 10^-2 Pa
- La estructura cristalina se presenta como una forma en la que uno de cuatro átomos Pb(2) es sustituido por un átomo de Cu
Resultados de medición de magnetización-temperatura
- Se midieron las curvas de magnetización-temperatura de las muestras de LK-99 con el sistema de medición de propiedades físicas PPMS DynaCool
- La medición se realizó en modos ZFC y FC aplicando un campo magnético de 10 Oe
- La muestra 1 es una muestra masiva macroscópica de color negro grisáceo
- En la curva ZFC aparece una transición diamagnética de aproximadamente 326 K
- En la curva FC se observa una transición diamagnética de aproximadamente 299 K
- Se evalúa que este resultado es similar al reportado previamente por Sukbae Lee
- La muestra 2 es un cristal micrométrico seleccionado por repulsión magnética
- Tiene forma triangular, con un lado de aproximadamente 120 μm y un grosor de aproximadamente 20 μm
- La temperatura de transición diamagnética es de aproximadamente 340 K, un poco más alta que la de la muestra macroscópica
- El equipo interpreta que la muestra 2 tiene mayor pureza y cristalinidad, además de un mejor dopaje con Cu
Levitación magnética a temperatura ambiente y presión atmosférica, y descarte del ferromagnetismo
- La muestra 2 muestra un fenómeno de levitación magnética a temperatura ambiente y presión atmosférica
- Cuando se acerca un imán fuerte, la muestra se eleva y queda completamente vertical respecto del sustrato
- Cuando el imán se aleja, la muestra vuelve a caer sobre el sustrato
- Señalan que este ángulo de levitación es mayor que el de la muestra de Sukbae Lee
- En una prueba de atracción separada, la muestra 2 no muestra respuesta de ser atraída por el imán fuerte
- Con base en esto, el equipo descarta los efectos ferromagnéticos en la muestra 2
- Videos suplementarios:
- Supplementary video 1: efecto Meissner de la muestra 2
- Supplementary video 2: prueba para descartar ferromagnetismo en la muestra 2
Interpretación y verificaciones pendientes
- Se interpreta que las diferencias diamagnéticas entre muestras sugieren que los cambios en la estructura de bandas electrónicas inducidos por cobre-oxígeno en óxidos de fosfato podrían estar relacionados con un posible mecanismo de superconductividad
- El equipo vincula esta dirección con el respaldo de varios estudios teóricos
- En conclusión, resumen que obtuvieron transiciones diamagnéticas consistentes y un gran ángulo de levitación en el material LK-99 a temperatura ambiente y presión atmosférica
- Se enfatiza que la cristalinidad y un dopaje adecuado con Cu son condiciones clave
- Para confirmar el potencial de los óxidos de fosfato, se necesitan verificaciones más consistentes, como pruebas eléctricas a temperatura ambiente
- Los datos pueden obtenerse del autor de correspondencia ante una solicitud razonable, y se declara que no existen conflictos de interés
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
Entiendo que este artículo se haya armado con prisa para anunciar rápido el hallazgo, pero resulta frustrante que falte demasiada información clave del proceso experimental.
No alcanza con decir “todas las reacciones se realizaron a 10^-2 Pa”. Entiendo que se refiere a presión absoluta, pero hace falta información como si fue en un horno de vacío, en un vial de cuarzo sellado, con purga de argón o con aire.
En el perfil de temperatura se ven los tiempos de calentamiento y de mantenimiento, pero no la velocidad de enfriamiento ni el tiempo de finalización. Para la reproducibilidad también es importante saber si lo sacaron de inmediato y lo enfriaron al aire, o si mantuvieron el vacío hasta temperatura ambiente.
Son detalles que casi no tomaría tiempo incluir en el artículo, pero aun así faltan; creo que esta actitud dificulta la reproducción en la ciencia.
Aun así, por completitud habría sido mejor sumar una sola palabra: “vacío”. Recuerdo que la escala de 0 a 30 de los antiguos manómetros de mercurio también era confusa.
Espero que más allá de la publicación abierta tipo Arxiv, esto evolucione hacia una verdadera ciencia abierta con espacios de colaboración.
La última semana me hizo pensar en la historia de la invención del transistor por Bardeen y Brattain.
Al principio apenas funcionaba, se rompía con solo tocar la mesa, y también había una tercera persona que reclamaba el mérito. Aunque tengo ganas de verlo con escepticismo, que sea difícil de reproducir me parece, más bien, bastante normal. Lo interesante es que ahora otras personas ya hayan logrado que funcione.
Me pregunto por qué, para demostrar que este material es superconductor, se usan métodos indirectos como la levitación o el diamagnetismo.
Siento que se me escapa algo: ¿por qué no simplemente medir si la corriente fluye sin resistencia?
Entiendo que observar diamagnetismo es una de las formas relativamente menos propensas a errores de mostrar un efecto superconductor.
Hasta que no se pueda producir el material perfecto en grandes cantidades, las mediciones de resistividad difícilmente aporten mucho significado.
Por eso es más fácil observar fenómenos extraños que todos los superconductores muestran en un campo magnético, como la levitación magnética.
Parece el mismo caso del video que se subió hace unos días: https://news.ycombinator.com/item?id=36953396
En ese momento muchos preguntaban si esto era superconductividad o simple diamagnetismo, y me pregunto si el nuevo artículo responde esa pregunta.
También es importante que la temperatura de transición baje cuando hay un campo magnético. Si el artículo no está manipulado, esto parece la evidencia positiva más fuerte de que ocurre algo más que simple diamagnetismo, y por primera vez veo la posibilidad por encima del 50%.
Segundo, solo un superconductor puede tener un campo magnético neto cero y mostrar una levitación “estable”. En el video, aun acercando un imán y dándole vuelta, el fragmento se mantiene en general en su lugar.
Un diamagnético común tiende a moverse siguiendo la dirección del campo externo aplicado, por lo que es probable que se desplace hacia un lado; por eso normalmente se usa un arreglo de Halbach para compensar las fuerzas y lograr una levitación fija.
Muestran evidencia sólida de algún tipo de transición diamagnética alrededor de 320 K. Independientemente de si se debe a la superconductividad, parece muy probable que este material tenga propiedades magnéticas interesantes.
El equipo de Varda subió un video en alta resolución que muestra diamagnetismo: https://twitter.com/andrewmccalip/status/1687405505604734978
La gravedad es muchísimo más débil que la fuerza electromagnética; ¿calibraron el dispositivo para que casi iguale la gravedad que actúa sobre la muestra? Me pregunto por qué no la empuja un poco más hacia arriba hasta hacer salir volando la tapa del recipiente
Todavía no haría la “cirugía de roca” de cortar la muestra para quitar peso innecesario. La disposición en tablero de ajedrez de 4 imanes que se suele usar con placas de grafito pirolítico quizá no funcione porque la muestra no es plana
También sería útil invertir el imán, y se ve bien calentarla para mostrar que cae a cierta temperatura. En este caso parece que bastaría con menos de 100 °C. En cualquier caso, el efecto demostrativo y una buena calidad de video son importantes
https://en.wikipedia.org/wiki/LK-99#Replication_attempts
Este artículo de Wikipedia resume bastante bien los intentos de replicación hasta ahora, incluido este paper
Cuanto más parece verificarse, más me da escalofríos de verdad por primera vez en años. En el buen sentido
El cambio que esto podría traer sería comparable a cuando Faraday, Volta y los científicos de los siglos XVII y XVIII empezaron a entender los principios de la electricidad. Ellos tampoco sabían cuánto cambiarían todos los aspectos de la vida durante el siglo siguiente
Trabajé en física de partículas, y buena parte de los sistemas complejos servían para enfriar lo suficiente los imanes superconductores. Si se puede a temperatura ambiente, todo ese sistema de refrigeración deja de ser necesario
Los reactores de fusión también dependen de imanes superconductores, así que podría tener un gran impacto en los futuros reactores de fusión. También se reducirían restricciones como las de JET, donde los imanes solo pueden funcionar unos segundos antes de sobrecalentarse
Entiendo en teoría el concepto de superconductividad a temperatura ambiente, pero si esto fuera real, no termino de imaginar cómo cambiaría el mundo
Si esto se vuelve posible, podríamos hacernos una MRI en cada chequeo anual. Se podrían diagnosticar muchísimas enfermedades y el 95% de los cánceres, comparando automáticamente cada año con el escaneo anterior y haciendo biopsias si hay cambios de forma
La ciencia médica también cambiaría de forma revolucionaria. Hoy hay tan pocos datos sobre cómo existen los tumores benignos en las personas que, para saber si una masa es problemática, básicamente se pregunta si hay otros síntomas. También serían posibles nuevos dispositivos médicos como los SQUID
La MRI de imágenes subterráneas también podría dar un salto en arqueología, paleontología, geología y exploración de recursos. Podrías manejar por el desierto buscando señales de fósiles, fallas y minerales
Con un launch loop, el costo de viajar al espacio sería prácticamente casi nulo, y el transporte de larga distancia también sería barato y poco contaminante. Se podría llegar a órbita baja solo con electricidad, o acelerar aviones a varias veces la velocidad del sonido
El almacenamiento de la red eléctrica, las centrales de pico y el seguimiento de carga podrían volverse casi obsoletos. Líneas aéreas superconductoras conectarían todos los países, y la electricidad nuclear de fisión de EE. UU. podría alimentar fábricas en China, o la solar de Australia calentar casas en Canadá. Las conexiones HVDC también quedarían obsoletas, y al final quizá dejemos atrás la corriente alterna
Las CPU podrían ser entre 10 y 50% más eficientes, y las GPU incluso más. Los cables sobrecargados simplemente dejarían de conducir, reduciendo incendios, en especial incendios domésticos
Si realmente es reproducible y viable industrialmente, siento que podríamos volver a ver un ritmo de cambio al estilo de los años 60
Aun así, incluso con fusión, seguiría siendo necesario reducir las emisiones de CO2, cambiar estilos de vida, minimizar el consumo y responder a los impactos climáticos que ya están asegurados
También me intrigan los avances en circuitos integrados basados en grafeno y computación óptica. Me gustaría ver una nueva Lisp Machine basada en superconductores para 2030. El manejo “open source” del plomo quizá no sea ideal, pero sí encaja con la actitud al estilo Alan Kay de que el futuro se inventa
Basta con imaginar los juguetes geniales que harían posible los superconductores a temperatura ambiente
Y las líneas de transmisión de alto voltaje que no se construyen por temas de permisos tendrían cero pérdidas de energía si se construyeran de verdad, pero probablemente no se construirán
Primero, los dispositivos que ya usan superconductores podrían fabricarse y operarse mucho más baratos al no necesitar refrigeración. Aquí entran las MRI, ciertos sensores, imanes de alta potencia para investigación de fusión, y grandes generadores y motores
Segundo, dispositivos en los que los superconductores ofrecerían mejoras, pero que hoy no tienen sentido económico ni práctico. Qué cosas tendrán éxito es casi especulación, pero parecen posibles chips de cómputo, sensores adicionales, obras de arte como esculturas de levitación permanente, motores y generadores pequeños
También habrá muchas categorías que todavía no imaginamos y que se beneficiarían de la resistencia cero o de la expulsión de campos magnéticos
Un punto algo irónico de esta historia es que el exempleado que la divulgó sin autorización podría terminar recibiendo crédito por haberla sacado al mundo.
El equipo de investigación llevaba mucho tiempo trabajando en esto, pero ahora todo el mundo lo está investigando y explorando otros métodos y combinaciones de materiales. También podría haber intentos de mejorar el diseño original y eludir patentes.
Si ese exempleado no lo hubiera revelado, no sabemos cuánto más habría permanecido oculto, y tal vez su motivación fue que esto debía salir al mundo para beneficiar a la humanidad.
Además, como en ese campo hubo hace poco un caso de fraude sensacionalista, las revistas debieron haber sido muy escépticas. Tal vez estaban preparando un artículo con experimentos convincentes y el envío de muestras a laboratorios independientes, pero en la práctica se vieron presionados a publicar de prisa lo que tenían, y por eso sus afirmaciones pudieron parecer más débiles.
Las pruebas y reproducciones a una escala mucho más amplia podrían haber empezado desde hace 10 años, y no sé qué beneficio se obtuvo al difundir la investigación con tanta lentitud.
Danijel Djurek afirmó haber descubierto a fines de la década de 1980 una mezcla cerámica superconductora, pero no pudo determinar su estructura y composición, y se dice que la investigación se interrumpió por la guerra después de que Croacia se separara de Yugoslavia.
Fuente del extracto: http://www.rexresearch.com/djurek/djurek.htm
Esto sugiere que pudo haber conflictos sobre la divulgación por razones comerciales, en particular por patentes. Quizá intentaban crear un producto que pudieran vender antes de que otros lo reprodujeran.
Por eso, el exempleado que lo divulgó sin autorización sin duda merece crédito por haberlo sacado al mundo, y quizá la humanidad debería verlo al revés en lugar de estigmatizarlo.
KR20210062550A - Mehtod of manufacturing ceramic composite with low resistance including superconductors and the composite thereof -
https://patents.google.com/patent/KR20210062550A/en
Hasta ahora, los intentos de reproducir LK-99 en laboratorio son dos de HUST: https://www.bilibili.com/video/BV14p4y1V7kS/ https://www.bilibili.com/video/BV13k4y1G7i1/
Uno de USTC: https://www.bilibili.com/video/BV1Ex4y1X7ix/ esta pequeña muestra puede sostenerse sobre su punta.
Uno de Qufu Normal University: https://www.zhihu.com/zvideo/1669820225079070720
Uno que tiene antecedentes de THU, pero afirma ser un proyecto personal: https://www.bilibili.com/video/BV14z4y1s7Vo
Me pregunto por qué más laboratorios fuera de China no fabrican LK-99 y publican videos.
En muchos casos consiguen financiamiento de corto plazo mejor que sus colegas de EE. UU. o Europa, pero les falta estabilidad profesional a largo plazo. Por eso deben perseguir posibles avances como LK-99 no solo por pasión o curiosidad, sino también por supervivencia.
En el sistema chino también hay muchos premios, fondos de investigación y títulos ligados a la edad, y como son esenciales no solo para el honor sino también para el avance profesional, aumentan aún más la sensación de urgencia y la competencia entre investigadores jóvenes.
Tal vez aún no lograron una reproducción concluyente y no quieren publicar resultados negativos por temor a que después alguien obtenga un resultado positivo claro.
También podrían tratar con más cautela resultados de los que todavía no están 100% seguros, o preferir la vía tradicional de publicar artículos tras revisión por pares en lugar de hacer ciencia de alto perfil.
Quizá no quieren subir videos a YouTube y lidiar con una enorme interacción, o tienen miedo de equivocarse.
En machine learning también, después de un gran anuncio, aparecen en masa artículos de baja calidad que quieren ser los “primeros”. Pero a largo plazo eso importa poco, porque hacer buen trabajo lleva tiempo.
Los buenos laboratorios no quieren publicar resultados ambiguos a medio camino; quieren producir resultados completos, concluyentes y de alta calidad, de los que puedan hacerse responsables. Eso es lo que empuja la ciencia hacia adelante.
Muchos laboratorios seguramente están estudiando LK-99, pero no van a publicar análisis tan improvisados.
La traducción del título es “si la superconductividad a temperatura ambiente realmente se reproduce, comeré mierda”. Después, el tema se volvió candente en bilibili, y el primer video de reproducción de LK-99 llegó a casi 10 millones de vistas.