- El equipo de investigación afirma que LK-99, con una estructura modificada de lead-apatite, es un superconductor a temperatura ambiente que muestra Tc ≥ 400K, 127°C a presión atmosférica
- Como evidencia, presenta resistencia cero y efecto Meissner, junto con análisis de temperatura crítica, corriente crítica, campo magnético crítico, XRD, XPS, EPR, capacidad calorífica y SQUID
- El mecanismo central se explica así: Cu²⁺ sustituye sitios de Pb²⁺ y genera una contracción de volumen de 0.48%; esa tensión distorsiona la interfaz de las columnas cilíndricas Pb(1) y crea pozos cuánticos superconductores (SQW)
- En muestras de película delgada se reportaron voltajes en el rango de 0.1µV/cm y resistividades del orden de 10⁻¹⁰~10⁻¹¹Ω·cm; además, se afirma que incluso a 400K y más de 3000Oe persistía una corriente crítica de 7mA
- La conclusión del artículo es que la superconductividad de LK-99 a temperatura y presión ambiente no proviene de presión externa ni de bajas temperaturas, sino de microdistorsiones y deformaciones dentro de la estructura
Afirmación de superconductividad de LK-99 a temperatura y presión ambiente
- El equipo de investigación afirma haber sintetizado un superconductor a temperatura ambiente que funciona a presión atmosférica
- El material se llama LK-99
- Su estructura es una lead-apatite modificada
- La temperatura crítica se presenta como Tc ≥ 400K, es decir, 127°C o más
- Explican que los superconductores a temperatura ambiente existentes basados en hydrogen sulfide y yttrium super-hydride requieren presiones extremadamente altas, lo que dificulta su aplicación en dispositivos cotidianos
- LK-99 se trata como un caso en el que los problemas de temperatura y presión se resolvieron mediante un enfoque químico
Mediciones usadas para evaluar la superconductividad
- El artículo presenta varios elementos en conjunto para evaluar la superconductividad de LK-99
- Temperatura crítica (Tc)
- Resistencia cero
- Corriente crítica (Ic)
- Campo magnético crítico (Hc)
-
Efecto Meissner
- Análisis XRD, XPS, EPR, capacidad calorífica y SQUID
- Las mediciones de voltaje-corriente se realizaron en el rango de 298K~398K, en intervalos de 20K
- La medición se llevó a cabo en vacío de 10⁻³ Torr, mediante un método de cambio de polaridad DC
- La resistividad específica de las muestras bulk se midió en el rango de 10⁻⁶~10⁻⁹Ω·cm
- Las muestras de película delgada se fabricaron sobre placas de vidrio de precisión mediante un proceso de evaporación térmica
- El voltaje medido estuvo en el rango de 0.1µV/cm
- La resistividad calculada fue de 10⁻¹⁰~10⁻¹¹Ω·cm
- El artículo considera que este resultado cumple la condición de resistencia cero según el estándar IEC
Propiedades magnéticas y de corriente que persisten hasta 400K
- Se presenta que, en un campo magnético de 10Oe, los valores de magnetización DC con enfriamiento en campo cero y enfriamiento en campo se mantuvieron negativos hasta 400K
- El equipo lo interpreta como evidencia de que la fase superconductora existe hasta 400K
- La corriente crítica no era cero incluso a 400K y más de 3000Oe, y se reporta un valor de 7mA
- Con base en este resultado, el artículo concluye que la temperatura crítica de LK-99 es superior a 400K
- LK-99 se presenta en forma policristalina
- La resistencia no uniforme de la muestra bulk se vincula con límites de grano, intergranular vortex flow y free vortex flow
- El material suplementario también incluye observaciones de fenómenos Josephson-like y efectos termoeléctricos
Análisis estructural y mecanismo de sustitución por Cu
- En los resultados de XRD, LK-99 se presenta como policristalino, y los picos principales coinciden bien con la estructura de lead-apatite
- También aparecen algunas impurezas de Cu₂S
- Los parámetros de red de la lead-apatite original son a=9.865Å, c=7.431Å
- Los parámetros de red de LK-99 son a=9.843Å, c=7.428Å, y el volumen disminuye 0.48%
- La fórmula química esperada es Pb₁₀₋ₓCuₓ(PO₄)₆O, x=0.9~1.0
- Se explica como una estructura en la que aproximadamente uno de los sitios Pb(2) de la lead-apatite es sustituido por un ion Cu(II)
- El tamaño del ion Cu²⁺ es 87pm, y el del ion Pb²⁺ es 133pm
- La interpretación es que la sustitución por el Cu²⁺ más pequeño produce una contracción de volumen, y esa contracción genera tensión en la parte de la red
- El cálculo de densidad electrónica y el análisis XPS llevan a la interpretación de que la tensión afecta la estructura de columnas cilíndricas Pb(1)
- La posición de Pb(1) se desplaza ligeramente hacia adentro o hacia afuera en el plano del eje a
- La distancia en una capa de la estructura triangular de Pb(1) se reduce de 3.03340Å a 2.61815Å
- La distancia de la siguiente capa aumenta a 5.23476Å
- La distancia entre capas en dirección del eje c es 3.7140Å, casi igual a los 3.7153Å de la lead-apatite
Interpretación de los pozos cuánticos superconductores (SQW)
- La señal EPR se presenta con una forma similar a la de pozos cuánticos de heterouniones como Si/SiGe, DNA natural en estado seco y casos de α-Fe₂O₃ dopado con Mg²⁺
- El equipo interpreta esta señal como una señal de resonancia ciclotrónica de gas electrónico bidimensional (2-DEG) en pozos cuánticos
- Según esta interpretación, se generan pozos cuánticos superconductores (SQW) en la interfaz entre Pb(1) y el oxígeno del phosphate
- La superconductividad de LK-99 se resume como profundamente relacionada con estos SQW
- Los resultados de capacidad calorífica también se presentan como adecuados para un nuevo modelo que explica la superconductividad de LK-99
- La conclusión final es que la estructura única capaz de mantener microdistorsiones en la interfaz es lo que hace posible la superconductividad de LK-99 a temperatura y presión ambiente
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
Incluso si todo lo del artículo fuera cierto, el material en su forma actual podría tener un rango de aplicaciones limitado
El campo magnético crítico y la corriente crítica presentados parecen muy bajos. 2500 Oe son aproximadamente 0.25 T, y REBCO también supera 1 T a 77 K. Además, 2500 Oe es un valor obtenido no en la temperatura crítica, sino a una temperatura mucho más baja
No pude encontrar el tamaño de la muestra usada para medir la corriente, así que no se puede saber la densidad de corriente crítica, y una corriente de apenas 300 mA dice poco. Por ahora parece difícil hacer pasar corrientes grandes, y da la impresión de que sería complicado crear aplicaciones emblemáticas de la revolución de los superconductores a temperatura ambiente, como imanes potentes o líneas eléctricas. Claro, si se ajusta un poco más el material, podrían aparecer valores altos de J_c y B_c, así que ojalá realmente pase
Las muestras impuras de superconductores suelen quedar como una especie de esponja con regiones superconductoras y no superconductoras mezcladas, y en la práctica menos del 25% de la sección transversal transporta corriente, lo que limita la corriente crítica. Cuando antes fabricaba YBCO por mi cuenta, casi siempre pasaba eso, y de vez en cuando salía una buena muestra
También hay una patente sobre el crecimiento de monocristales de YBCO: https://patents.google.com/patent/US6046139A/en
Si uno mira la foto de la muestra en la página 7 del artículo, realmente parece un bloque con textura de esponja. Puede ser un bloque esponjoso digno de un Nobel, pero sigue siendo una esponja. Si aparece un mejor método de crecimiento cristalino, es probable que los números mejoren
Una vez que se confirma que es posible, la optimización quizá no tome tanto tiempo. Los transistores también fueron enormes en su momento y ahora están a escala nanométrica; los paneles solares siguieron mejorando; y las baterías hoy son más baratas y mejores que antes
Durante unos años fue un gran tema entre las noticias para fanáticos de la ciencia, y hasta en New Scientist, orientada al público general, salían textos llenos de entusiasmo. La fusión nuclear seguía estando a 50 años de distancia, pero los superconductores a temperatura ambiente parecían estar a solo unos pocos años, y por supuesto no fue así
Cuando iba a una escuela privada en Oxfordshire a mediados y fines de los 80, incluso fuimos de visita con la clase de física a Culham, y físicos de Culham también fueron a la escuela a dar charlas. Ahora que lo pienso, fue un privilegio enorme. Ahora que tengo 53 años, siento de verdad que algunas cosas requieren muchísimo tiempo
También me gustaría usarlo en antenas, líneas de transmisión y cavidades resonantes. En la banda de muy baja frecuencia (VLF) muchas veces se necesitan conductores muy largos, y si no tienes presupuesto militar, la resistencia reduce mucho la eficiencia. Un superconductor podría resolver eso
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/SQUID
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Aharonov%E2%80%93Bohm_effect
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Longitudinal_wave#Electromagne...
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Superconducting_radio_frequenc...
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Very_low_frequency#Amateur_use
Hyun-Tak Kim, uno de los autores del artículo relacionado[1], tiene muchos papers en revistas con revisión por pares[2], e incluso uno con más de 1500 citas[3]
No sé dónde está la trampa, pero se ve bastante legítimo. A diferencia de afirmaciones anteriores, no parece requerir equipo complejo para reproducirse, y esta síntesis se ve muy simple, así que parece probable que pronto salgan resultados de otros investigadores
Más que el hecho de que flote, si de verdad fuera un superconductor a temperatura y presión ambiente y además fácil de fabricar, impresiona pensar cuánto cambiaría al mundo. Suena demasiado bueno para ser verdad
El método de fabricación del paper relacionado[1] parece bastante simple, y da la impresión de que hasta podría hacerse en casa con un horno doméstico para fundir metal de 200 dólares vendido en Amazon y los precursores
Si es cierto, parece que gente lista de Hackaday o YouTube lo va a reproducir en cuestión de días o semanas
Si es real, habría beneficios evidentes en transmisión y generación de energía, y tener un superconductor a temperatura ambiente podría disparar las aplicaciones de ingeniería. Algo parecido a cómo las baterías de ion-litio cambiaron poco a poco el uso de la energía en toda la sociedad, pero quizá más rápido. Ojalá se reproduzca
[1] https://arxiv.org/pdf/2307.12037.pdf page 3
Es más probable que contamines tu terreno y hasta el de tus vecinos que lograr reproducirlo
El paper hermano[0] tiene una foto del material flotando sobre un imán por el efecto Meissner, y afirma que también hay video
Parece que o photoshopearon descaradamente la foto, o de verdad hicieron un superconductor a temperatura ambiente. Cuesta imaginar que una levitación magnética a temperatura ambiente se explique por algún error sutil sin que sea un superconductor
[0] - https://arxiv.org/abs/2307.12037
Ojalá alguien me bajara un poco la emoción. Estoy demasiado emocionado
Aun así, en el video dicen que recubrieron cobre con una película delgada del superconductor, pero me pregunto si el cobre puro no podría mostrar un efecto parecido por las corrientes de Foucault. No entiendo bien qué efecto tendría la capa delgada sobre la placa en este experimento, y si se me está escapando algo, agradecería que alguien me lo explicara
Esto podría ser bastante importante, más de lo que parece
En el resumen dice que “la superconductividad de LK-99 surge de una distorsión estructural diminuta causada por una leve contracción de volumen”
Antes ya había investigaciones sobre cómo los cambios en la disposición de la estructura atómica por enfriamiento y similares afectan la superconductividad. Creo que los investigadores trataban de mantener, incluso después de calentar, el espaciamiento de los superconductores en estado frío. Me suena alineado con ese tipo de trabajo, aunque no pude volver a encontrarlo, así que corríjanme si estoy equivocado
Igual podría seguir siendo bastante frágil y difícil de manejar, pero la posibilidad parece real
https://news.ycombinator.com/item?id=36479776
La gráfica de la página 3 se ve exactamente como cabría esperar de un superconductor real. En particular por la relación entre corriente, voltaje y temperatura
No se me ocurre cómo podría salir una gráfica así a menos que hayan hecho un superconductor o manipulado descaradamente los datos. Esto podría ser enorme
Si se reproduce, es un hecho histórico; si no, termina siendo como la fusión en frío a temperatura ambiente o los neutrinos superlumínicos
Vale la pena leer este hilo de comentarios de investigadores de superconductividad: https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
Dicen que el artículo tiene muchos problemas y que no alcanza los estándares actuales de la investigación en superconductividad. Uno de ellos incluso dijo que la investigación de Dias le parecía más plausible que esta
Parece poco probable que la conexión se haya cortado y luego restablecido otra vez justo de la manera precisa. Aun así, sigo siendo bastante escéptico
Si es cierto, sería algo enorme. No soy especialista en química, pero la síntesis básicamente parece trivial. Bueno, si consideras trivial un vacío de 10e-5 torr, claro, y los materiales también parecen ser metales estándar fáciles de conseguir
Solo por la descripción, parece algo que hasta podría hacerse en casa. El espacio de búsqueda es inimaginablemente grande, así que es posible que exista un material así, pero la calidad del artículo en sí no da para entusiasmarse
Mantendré un escepticismo saludable hasta que lo evalúen verdaderos científicos de materiales o alguien más lo reproduzca
De hecho, parece que ni siquiera haría falta el recocido lento y cuidadoso en una atmósfera de oxígeno en flujo que normalmente se necesita. No me sorprendería que también fueran posibles métodos todavía más simples
Por ejemplo, entre los métodos rápidos de síntesis de YBCO hay uno que usa una pequeña barca de alúmina, lana de vidrio, un microondas doméstico de 800W y una mezcla precursora ligeramente modificada. Durante el calentamiento, la mezcla libera oxígeno y este queda atrapado en la lana de vidrio alrededor de la muestra, así que no hace falta conectar un concentrador de oxígeno. Si mal no recuerdo, preparar la muestra tomaba apenas unos 15 minutos
Es realmente emocionante. He leído cientos de artículos sobre fabricación y pruebas de superconductores a lo largo de los años y, al menos desde la perspectiva de un científico loco ciudadano, parece tener todas las señales de legitimidad
Incluso un vacío de 10e-5 se alcanza fácilmente con una turbobomba respaldada por una bomba mecánica, y no es un equipo especial ni caro
La soldadora por haz de electrones de mi trabajo mantiene 10E-6/10E-7 todo el día en la cámara del E-gun solo con una turbobomba pequeña o una bomba de difusión. La cámara tampoco está hecha de materiales especiales, solo acero inoxidable o aluminio y O-rings de Viton
La soldadora por haz de electrones de mi trabajo mantiene 1E-6/1E-7 todo el día en la cámara del E-gun solo con una turbobomba pequeña o una bomba de difusión. La cámara tampoco está hecha de materiales especiales, solo acero inoxidable o aluminio y O-rings de Viton
Mi pequeño experimento con e-gun llega hasta alrededor de 3E-3 usando solo un Alcatel Pascal 2008. Ahora estoy armando un sistema más grande con una bomba de difusión VHS4 y un cold trap, y parece que entrará fácilmente en la zona de -6
Es un artículo interesante. Ojalá no siga el mismo camino que el de otro equipo que en 2020 afirmó haber logrado un superconductor a temperatura ambiente y después resultó ser un fraude
https://www.nature.com/articles/d41586-023-02401-2
Esta afirmación, en cambio, es muy simple de entender y muy consistente con la superconductividad. El fenómeno se observa a escala macroscópica a presión y temperatura normales, incluso hay videos que no tendrían sentido sin superconductividad, y, sobre todo, el método de fabricación del material es muy simple
No será difícil que laboratorios de todo el mundo intenten reproducirlo, y varios YouTubers también podrán hacerlo. O sea, este resultado podría ser falso, pero para que lo sea tendrían que estar manipulados todos los resultados, videos y fotos. Y como es tan fácil de reproducir, eso se descubriría muy rápido
Si es cierto, la mayoría podrá reproducirlo en pocas semanas, principalmente por el tiempo que tome conseguir los materiales. Publicarlo en artículos llevará más tiempo, pero los YouTubers podrían ir más rápido. No será una situación en la que recién dos años después sepamos que fue un fraude; como mucho, en unos meses los YouTubers ya sabrán si se puede reproducir, y dentro de un año también se sabrá si los laboratorios lo lograron o no
Al hojear el paper, aunque no tengo ninguna especialidad en este campo, se lee como un artículo formal
Eso sí, el hecho de que esté hecho en Word y no en LaTeX lo hace parecer un poco menos convincente, y por supuesto también existe la posibilidad de que haya errores en el montaje experimental
Lo que más me llamó la atención fue que esto se logró en una película delgada, y la explicación es que los defectos estructurales generan deformación en el material, y esa deformación hace posible la superconductividad. Quizá por ser una película delgada, a 25°C solo soportó unos 250 mA antes de perder la superconductividad. Incluso si el paper es correcto, llegar a corrientes más altas podría ser difícil. O quizá podrían enrollar una película delgada ancha y hacer pasar tanta corriente como quieran
Corrección: leí mal la parte de la película delgada. También hicieron una película delgada, pero el material de prueba que describen principalmente es algo como: “después de la reacción se obtuvo de forma reproducible un lingote gris oscuro, que se conformó en un paralelepípedo delgado para las mediciones eléctricas”, aunque no encontré de inmediato las dimensiones
Los superconductores tienen un presupuesto compartido[1] entre campo magnético, temperatura y corriente. A 25°C, como el material está cerca de la temperatura crítica, es natural que disminuya su capacidad de transportar corriente. A temperaturas más bajas, la película delgada debería poder conducir más corriente
Aun así, si estás pensando en hacer una CPU superconductora, 250 mA es una corriente suficiente
[1] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Solids/scbc2.html
Agregando algo después de leer el paper, ellos afirman una temperatura crítica muy alta, de aproximadamente 126°C. En la figura 1e se puede ver la dependencia con la temperatura: está mucho más alejada de la temperatura crítica de lo que esperaba, y en temperatura ambiente parece que un poco de enfriamiento ya produce un efecto grande. Tengo muchas ganas de ver intentos de reproducción. Dicho eso, este material en esencia parece cercano a una molécula bidimensional. Llevamos décadas depositando esperanzas en graphene, pero todavía no hemos logrado integrarlo en procesos escalables
Lo más interesante es la flexibilidad. Los superconductores cerámicos actuales enfriados con nitrógeno líquido no son nada flexibles y se rompen con facilidad. Puede que estén bien para líneas de transmisión, pero para varias bobinas resulta complicado
Actualización: según el paper, la respuesta es “sí”. Dice que “también se observaron fenómenos similares a Josephson en uniones subamortiguadas superconductor-metal normal-superconductor o en superconductores acoplados entre granos, así como efectos termoeléctricos en redes entre o dentro de los granos cristalinos”