Группа южнокорейских ученых под руководством физика Сок-бае Ли недавно вызвала шок в научном сообществе, объявив об открытии первого сверхпроводника комнатной температуры. Однако научное сообщество, стремящееся к независимой проверке полученных результатов, не только хвалит, но и порицает эту работу.
В двух препринтах, опубликованных на сайте arXiv, Ли и его коллеги из Института исследований квантовой энергии представили материал LK-99, который, по их словам, демонстрирует сверхпроводимость при температурах до 400 К (127°С), что значительно превышает предыдущий рекорд -135°С. Если этот прорыв будет подтвержден, то он может позволить создать квантовые компьютеры, передачу энергии без потерь и революционную технологию хранения энергии в аккумуляторах.
Что такое сверхпроводник?
Температура вещества — это мера кинетической энергии молекул, находящихся в нем. Горячий материал означает, что его электроны движутся как сумасшедшие, в то время как холодный представляет собой более медленные и спокойные электроны. Сверхпроводник позволяет электронам двигаться с нулевым сопротивлением, выделяя при этом нулевое количество тепла.
Когда вещество охлаждается ниже критической температуры, электроны могут скользить по нему, подобно человеку, пересекающему почти пустую комнату, где только несколько человек занимаются йогой. Напротив, при более высоких температурах электроны в материале сталкиваются и отталкиваются друг от друга, как люди, пытающиеся пройти через переполненный танцпол дискотеки. Это сопротивление означает потерю мощности или энергии.
Эти ученые фактически заявили, что разработали способ сделать проход через переполненный танцпол таким же легким, как проход через холодный и пустой зал для занятий йогой.
Что такого особенного в LK-99?
Используя новый метод твердофазной реакции, описанный в статье, исследователи синтезировали LK-99 и испытали его электрическое сопротивление. При температуре 220°С сопротивление резко падает, что свидетельствует о сверхпроводимости. Также была продемонстрирована частичная магнитная левитация — характерное свойство сверхпроводников, называемое «эффектом Мейсснера».
Скептики утверждают, что частичная магнитная левитация, показанная в работе, является иллюзией, создаваемой другим магнитом, находящимся за пределами кадра изображения, что указывает на то, что объект левитирует не полностью. По мнению исследователей, частичная левитация обусловлена несовершенством материала LK-99, в котором часть вещества находится в сверхпроводящем состоянии, а другая часть — нет.
Частичная левитация, продемонстрированная LK-99. Изображение: Sciencecast
Скупые сведения об условиях эксперимента являются ключевым моментом для разногласий. Ранее уже делались заявления о достижении комнатной температуры сверхпроводимости, которые впоследствии были опровергнуты. Журнал Science сообщает, что другие исследователи сейчас пытаются самостоятельно воспроизвести LK-99.
«Они выглядят как настоящие дилетанты», — сказал журналу Science Майкл Норман, теоретик из Аргоннской национальной лаборатории. «Они мало что знают о сверхпроводимости, и то, как они представили некоторые данные, выглядит подозрительно».
Надя Мейсон, физик по конденсированным средам из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн, сказала, что «данные выглядят несколько небрежными».
Дискуссия и дебаты
Эта тема уже несколько дней не утихает в Твиттере, где многие исследователи и начинающие исследователи делятся своими соображениями.
Одна из ученых — Синеад М. Гриффин из Лаборатории Беркли — воспользовалась суперкомпьютером Министерства энергетики США, чтобы провести моделирование, которое, по словам одного из инженеров, «подтверждает, что LK-99 является святым Граалем современного материаловедения и прикладной физики «
Результаты работы Национальной лаборатории (LBNL) подтверждают, что LK-99 является сверхпроводником комнатной температуры при атмосферном давлении.
Результаты моделирования, опубликованные 1 час назад на сайте arxiv, подтверждают, что LK-99 является святым Граалем современного материаловедения и прикладной физики.
(https://t.co/4t4D2gIeBp)Вот это по-английски… pic.twitter.com/mQNQuO4TFu
— Andrew Côté (@Andercot) August 1, 2023
Тем временем российский почвовед по имени Ирис Александра, которую называют «анимешной кошатницей», задокументировала свои попытки воспроизвести результаты работы на своей кухне.
Самым интересным персонажем в драме LK99 является @iris_IGB Она одновременно готовит на своей кухне физику конденсированных сред, отвергает гендерные стереотипы, повышает фпс анимешников, поддерживает Россию и коммунизм, с одинаковым ожесточением бьет фанбоев и ненавистников.
— NirSD (@nirsd) August 1, 2023
Спорные вопросы возникают и вокруг обстоятельств публикации статьи. Соавтор Хьюн-Так Ким из университета William & Mary утверждает, что один из двух препринтов был опубликован без разрешения и содержит «множество недостатков». Другие, например Алекс Каплан из Принстонского университета, полагают, что авторы сосредоточились на привлечении к работе видного соавтора, что способствовало поспешной публикации.
Таким образом, обстоятельства примерно указывают на Ли и Дж. Кима как на основных соавторов с внешними претендентами на роль третьего автора. Возможно, Квон вмешался, желая как можно скорее опубликовать работу и обеспечить себе место в шорт-листе, вытеснив Кима. Такая спешка многое объясняет. https://t.co/OxH5J47f4U
— Алекс Каплан (@alexkaplan0) July 27, 2023
Перспектива создания сверхпроводников комнатной температуры давно привлекает ученых своим революционным потенциалом. Энергосети без потерь, скоростные поезда, компактные термоядерные реакторы, сверхэффективная электроника и другие полеты научно-технической фантазии могут стать реальностью.
Однако предыдущие заявления рушились под влиянием тщательной проверки, а воспроизводимость результатов уже давно не дает покоя исследователям сверхпроводников.
Если LK-99 выдержит испытание временем, это может стать началом новой эры инноваций. Пока же физики затаили дыхание в надежде на то, что полученные результаты пройдут испытание огнем и будут рассмотрены широким научным сообществом. Возможно, потребуются недели или месяцы, чтобы отделить историческое открытие от желаемого.
