Posible efecto Meissner cerca de temperatura ambiente en apatita de plomo sustituida con cobre
(arxiv.org)- En la apatita de plomo sustituida con cobre (CSLA), de la familia LK-99, se observaron histéresis M-H por debajo de 250 K y bifurcación ZFC-FC por encima de 300 K, por lo que sigue abierta la posibilidad de un efecto Meissner cerca de temperatura ambiente
- Para reducir el ferromagnetismo causado por el dopaje excesivo con cobre, el equipo de investigación eligió la composición Pb9.1Cu0.9(PO4)6S y fabricó muestras mediante coprecipitación, tratamiento hidrotermal y calcinación en atmósferas de argón y oxígeno
- A 25 Oe, todas las curvas M-T mostraron diamagnetismo, pero a 200 Oe pasaron a ser paramagnéticas, lo que encaja con el Hc1 de aproximadamente 30 Oe de experimentos previos de absorción de microondas a bajo campo magnético
- En las mediciones M-H, la señal en el rango de ±500 Oe a 250 K, 200 K y 100 K fue mayormente paramagnética, pero por debajo de 10 Oe se observaron lazos de histéresis típicos de superconductores
- Debido a que la fracción activa dentro de la muestra es muy pequeña, la señal es extremadamente débil; además, en XRD persiste la posibilidad de interferencia de óxidos residuales y sulfuro de cobre, por lo que se necesita una síntesis escalable con una mayor proporción de componentes activos
Objetivo experimental para confirmar el efecto Meissner
- El diamagnetismo perfecto, es decir, el efecto Meissner, es uno de los criterios básicos para evaluar candidatos a superconductores
- Para determinar el efecto Meissner, normalmente se requieren dos observaciones en conjunto
- Una curva M-T diamagnética con bifurcación entre mediciones ZFC y FC
- Un lazo de histéresis M-H de tipo superconductor con un campo magnético crítico claro por debajo de la temperatura crítica
- La apatita de plomo sustituida con cobre (CSLA), o LK-99, fue mencionada como candidata a superconductor a temperatura ambiente, pero aún no se ha confirmado un efecto Meissner completo
- El foco de este estudio está en la observación directa de la histéresis de corriente continua (dc), que faltaba en reportes anteriores
- Lee y otros reportaron un gran diamagnetismo, pero Habamahoro y otros lo interpretaron como originado en Cu2S
- En mediciones dc anteriores no había lazos de histéresis importantes, y solo se habían observado casos bajo condiciones de microondas
Fabricación de las muestras y procedimiento de medición de magnetización
- Para reducir la señal ferromagnética, se diseñó y fabricó una muestra de Pb9.1Cu0.9(PO4)6S con dopaje de cobre ajustado
- La fabricación se realizó en el siguiente orden
- Mezcla de fosfatos y sulfuro de plomo en solución acuosa mediante coprecipitación
- Calentamiento a alta presión a 180 °C durante 24 horas, en condiciones de pH 8
- Calcinación a 900 °C durante 8 horas en atmósfera de argón
- Reducción de la temperatura a 500 °C y calcinación adicional durante 48 horas en atmósfera de oxígeno puro
- Enfriamiento hasta temperatura ambiente en presencia de oxígeno
- Según estudios previos, incluso con los métodos de síntesis más recientes, la fracción superconductora de CSLA es muy pequeña y el campo magnético crítico es débil, del orden de decenas de Oe
- Una fuerte señal paramagnética puede ocultar la posible superconductividad a bajo campo magnético, por lo que la pureza de la muestra es importante; sin embargo, reducir la proporción de dopaje con cobre también puede debilitar la señal observada
- Debido al fuerte efecto memoria de la fase de vidrio de vórtices (vortex glass phase), una muestra expuesta a un campo magnético intenso puede recordar su historial de magnetización, por lo que el procedimiento de medición debe diseñarse con cuidado
- Para la medición de magnetización dc se usó MPMS-3 SQUID, aprovechando el posicionamiento manual y los datos de Fixed Center dc moment
- Tras medir las curvas ZFC a 25 Oe y 200 Oe en una muestra relajada sin magnetización inicial, se midieron curvas M-H a 300 K, 250 K, 200 K y 100 K
- Luego se desmagnetizó la muestra a campo magnético cero, se enfrió hasta 10 K y se volvieron a medir las curvas ZFC-FC para comprobar la superconductividad y el efecto memoria de la fase vítrea
Diamagnetismo y efecto memoria en las curvas M-T
- Las curvas M-T muestran una clara bifurcación ZFC-FC tanto antes como después del barrido de campo magnético
- En condiciones de 25 Oe, todas las curvas muestran diamagnetismo
- En condiciones de 200 Oe aparece paramagnetismo
- Esto coincide con el bajo campo magnético crítico Hc1 = 30 Oe propuesto en estudios de absorción de microondas a bajo campo magnético
- La curva ZFC posterior a la magnetización inicial bajó respecto de la anterior, y aparece un quiebre claro cerca de 100 K
- Como el enfriamiento se realizó después de que el último barrido de campo magnético se hiciera a 100 K, este quiebre muestra el efecto memoria de la fase vítrea
- También hay un punto de transición cerca de 250 K, que puede considerarse como la temperatura crítica Tc
- En condiciones de 200 Oe, por debajo de 50 K la curva se dobla hacia abajo, lo que permite observar de forma más clara el comportamiento vítreo
Histéresis M-H observada a bajo campo magnético
- Las curvas M-H medidas a 250 K, 200 K y 100 K muestran básicamente una señal paramagnética en la región de campos magnéticos intensos
- Por debajo de 10 Oe se observa claramente un lazo de histéresis típico de superconductores
- Como la fracción activa dentro de la muestra es muy pequeña, la relación señal-ruido de los datos crudos es relativamente baja
- A temperaturas superiores a 250 K no se puede confirmar la histéresis
- Aparece una asimetría al barrer el campo magnético en dirección directa e inversa
- Cerca del campo magnético cero, el pico negativo es más agudo que el pico positivo
- La misma asimetría también se había observado en absorción de microondas
- Es posible que el primer barrido de campo magnético haya sido en dirección directa y que la muestra haya generado corrientes de vórtice relacionadas y las haya recordado, pero esto debe confirmarse en el futuro
Magnetización inicial, XRD e incertidumbres restantes
- En el lazo de histéresis, la magnetización a 25 Oe es positiva, pero en la curva M-T aparece negativa, por lo que la curva de magnetización inicial surge como una variable clave para la interpretación
- Al separar la curva de magnetización inicial y la primera curva de barrido inverso, la magnetización por debajo de 50 Oe en la curva inicial es negativa
- Esto sugiere un mecanismo de magnetización inusual
- También hay histéresis a temperatura ambiente, y el punto de bifurcación es de aproximadamente 350 Oe
- Esta histéresis también apareció en absorción de microondas y se interpreta como originada en la fase de vidrio de vórtices
- A baja temperatura, el punto de bifurcación aumenta y aparecen picos a bajo campo magnético, lo que indica la posible existencia de una fase Meissner
- Los datos XRD fueron refinados con el módulo Reflex de Materials Studio y son compatibles con las características de la estructura P63/m de la apatita
- Hay pequeñas discrepancias en los rangos de 25–27° y 30–40°, posiblemente originadas en óxidos residuales
- Aunque se realizó una calcinación prolongada en atmósfera de oxígeno puro, como se añadió azufre de forma intencional durante la síntesis, es difícil eliminar por completo la interferencia de sulfuro cuproso
- El diamagnetismo de CSLA se investigó tanto en curvas M-T como en lazos de histéresis M-H, y las observaciones son posibles hasta 250 K
- Dado que también hay bifurcación ZFC-FC por encima de 300 K, sigue abierta la posibilidad de observar superconductividad a temperatura ambiente, pero la señal de las muestras actuales es muy débil, por lo que se necesita una síntesis escalable de muestras con una mayor proporción de componentes activos
1 comentarios
Comentarios de Hacker News
Para dar un poco de contexto, había dos equipos chinos que seguían públicamente los superconductores a temperatura ambiente derivados de LK-99, y se les llamaba informalmente el “equipo del norte de China” y el “equipo del sur de China”
El equipo del norte estaba liderado por Hongyang Wang en Pekín, y el del sur por Yao Yao en Guangzhou
Los dos equipos usaban métodos distintos de síntesis y análisis: el equipo del norte usaba síntesis hidrotermal y mediciones SQUID, mientras que el del sur usaba síntesis en estado sólido y mediciones EPR
Este artículo es un trabajo conjunto de ambos lados, reprodujeron los resultados del otro, y aunque en el paper se deja ambiguo, en la publicación detrás de cámaras lo dicen claramente
Midieron una señal clara de superconductividad, y 250 K es seguro, pero 300 K no lo es, por eso escribieron “near room temperature”
La expresión “possible”, viendo la publicación detrás de cámaras, en realidad está más cerca de ser una forma modesta de decirlo
Si les interesa, vale mucho la pena leer esa publicación detrás de cámaras: https://www.zhihu.com/question/637763289 está en chino; Hongyang Wang es 真可爱呆 y Yao Yao es 洗芝溪
La vez pasada también hubo un “posible efecto Meissner”, pero al final resultó ser diamagnetismo
No se pierde nada con mantener una postura conservadora hasta que se acumule evidencia adicional
Hay una frase que dice: “Primera ley de la superconductividad: mantente lejos de los físicos teóricos.” Dan ganas de pensar que las reglas están para romperse
También aparece una parte donde dicen que no se habían emborrachado en años, pero que el viernes pasado les estuvieron mandando sin parar fotos de resultados experimentales y mediciones en tiempo real, y se tomaban un trago por cada una hasta quedar completamente destruidos, tanto que los estudiantes tuvieron que cargarlos de regreso, lo cual les da vergüenza
Porque aunque LK-99 fuera falso, habría que creer que, intentando hacer una variante, encontraron por accidente un compuesto que sí funciona entre muchísimos intentos
Resulta menos convincente que si viniera de una línea de investigación completamente distinta y todavía válida
Ha habido cosas más raras en la historia de la ciencia y la tecnología, pero no son tantas
Aquí current es un juego de palabras entre corriente eléctrica y actual
También me pregunto qué presión requiere este efecto y si hay otras condiciones que limiten su uso práctico
250 K son -23 °C, o -9 °F, o sea como un día frío de invierno, así que de verdad puede considerarse bastante cerca de la temperatura ambiente
Todavía no es STP, es decir, temperatura y presión estándar de 0 °C/1 atm, pero quizá pronto podría serlo
https://www.indstate.edu/cas/chem_phys/filling-nmr-magnet
Enfriar superconductores existentes con helio es caro y el equipo también es grande
Si se pudiera enfriar un superconductor con un pequeño enfriador Peltier o con una configuración común tipo refrigerador, sería una ventaja enorme
En Texas me cuesta aceptar que -9 °F sea casi temperatura ambiente, pero a veces el congelador sí baja hasta por ahí
Lo alentador es que solo hace falta que funcione un solo caso real
Basta con uno, y se siente como si cada año estuviéramos más cerca
Hay que ver si tiene la ductilidad suficiente para convertirse en cable o lámina, si se corroe rápido, si es estable a largo plazo, o si se alea con demasiada facilidad con otros metales
Los materiales tienen muchísimas propiedades importantes tanto en el contexto de fabricación como en el de uso, y algunos problemas pueden resolverse con otros procesos, pero no todos
Aun así, si se encontrara uno, sería como entrar pateando la puerta de un cuarto lleno de posibilidades relacionadas
Hasta que no se reproduzca de forma independiente, no es ciencia
Antes de eso, está más cerca de “es interesante, pero no puedo creerlo hasta que alguien más demuestre que no fue manipulación”
Cada vez que alguien lo hace de una forma aunque sea un poco distinta y afirma que funciona, ese contador vuelve a cero
La superconductividad a temperatura ambiente sería un avance enorme, pero todavía quedan muchas barreras por superar antes de que llegue a convertirse en un producto real
Enlace a una foto del sample flotando debajo de un imán: https://nitter.net/pronounced_kyle/status/174272502945091611...
Una de las teorías famosas para explicar la foto de la “levitación” de LK-99 es que el material en sí es diamagnético y por eso repele al imán, pero tiene impurezas de hierro que son atraídas por él
Entonces, un diminuto fragmento de hierro queda adherido a una esquina de una pequeña pieza y se pega al imán, mientras que la mayor parte restante es repelida, dando esa apariencia de estar “medio flotando” con solo una esquina tocando
Con el tiempo, uno termina reconociendo un patrón consistente en el que los samples quedan inclinados, casi flotando, pero nunca flotan por completo
Además, si se toma la foto en un cuarto oscuro con el diafragma muy abierto, el punto donde el sample toca el imán puede verse ópticamente borroso
En especial las fotos macro de samples muy pequeños son vulnerables a este efecto, así que puede parecer que hay un “espacio” visible aunque en realidad sí estén en contacto
Si se tomara con mejor enfoque o con apilado de foco, igual se revelaría ese pequeño punto donde todavía está en contacto con el imán
Si entendí bien, me da la impresión de que esta histéresis también podría deberse a una contaminación muy pequeña de hierro en la muestra
La histéresis ferromagnética aumenta al subir la temperatura, pero aquí la histéresis es más fuerte a baja temperatura
Además, la magnitud de la histéresis observada a baja temperatura es demasiado grande como para explicarla por contaminación no detectada
Encima, los investigadores subieron una foto de la muestra completamente suspendida al revés, y es bastante difícil explicar eso de otra manera
La respuesta larga es que quizá sí
El sulfuro de cobre muestra muchos fenómenos extraños, y también es muy fácil alterar el ferromagnetismo de formas inesperadas
Tampoco se puede descartar por completo la posibilidad de que la muestra contenga mucho hierro, y el enorme incentivo asociado a un superconductor a temperatura ambiente crea una fuerte tentación de sesgar los datos o incluso manipularlos por completo: https://www.science.org/content/article/plagiarism-allegatio...
Esa es mi alma mater, así que me hace sentir mal
Esto no es real hasta que Anton Petrov lo cubra en un video
Luego veo los videos de PBS, y a veces también a Sabine, pero en su caso no los veo esperando una precisión del 100% ni siquiera una verificación mínima
Seguí un poco lo de LK-99, y un efecto Meissner de verdad —quedarse flotando sobre un imán y, si lo tocas, mantenerse en otra posición (https://youtu.be/F9ukYM4cSOk?t=11)— se veía muy distinto del fenómeno diamagnético de LK-99
LK-99 apenas tenía un extremo tocando el imán y se movía un poco
Hasta que no muestren algo como en el video de arriba, lo seguiré viendo con escepticismo
Ahora mismo estoy en Finlandia y hace -30°C, así que si existieran zapatos de apatita de plomo con cobre sustituido, podría ir flotando al trabajo
Quiero creer, de verdad quiero creer
Yo incluido
Un mundo donde la enfermedad, la pobreza, la energía, el transporte y el entretenimiento sean todos baratos y abundantes; ojalá esto fuera real
250 K son -23.15°C
Hoy, por casualidad, busqué el clima de Moscú y estaba entre -23°C y -26°C
Difícil llamarlo temperatura ambiente, pero sí es una temperatura exterior en algunas ciudades
Un invierno típico está por encima de -10°C