Ένας ισχυρισμός για νέο υπεραγωγό που λειτουργεί σε κανονικές συνθήκες, δημιουργεί εντυπώσεις. Να γιατί οι ειδικοί αμφιβάλλουν

Αυτήν την εβδομάδα, τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης αναστατώθηκαν από έναν ισχυρισμό για έναν νέο υπεραγωγό που λειτουργεί όχι μόνο σε θερμοκρασίες δωματίου, αλλά και σε πίεση περιβάλλοντος. Αν αληθεύει, η ανακάλυψη θα είναι μια από τις μεγαλύτερες που έχουν γίνει ποτέ στη φυσική συμπυκνωμένης ύλης και θα μπορούσε να οδηγήσει σε κάθε είδους τεχνολογικά θαύματα, όπως αιωρούμενα οχήματα και τέλεια αποδοτικά ηλεκτρικά δίκτυα. Ωστόσο, οι δύο σχετικές εργασίες, που αναρτήθηκαν στον διακομιστή arXiv preprint από τους Sukbae Lee και Ji-Hoon Kim του Κέντρου Κβαντικής Ενεργειακής Έρευνας της Νότιας Κορέας και τους συναδέλφους τους στις 22 Ιουλίου, δεν περιέχουν πολλές λεπτομέρειες και έχουν αφήσει πολλούς φυσικούς δύσπιστους. Οι ερευνητές δεν απάντησαν στο αίτημα του Science για σχολιασμό.

"Βγαίνουν σαν πραγματικοί ερασιτέχνες", λέει ο Michael Norman, θεωρητικός στο Argonne National Laboratory. "Δεν γνωρίζουν πολλά για την υπεραγωγιμότητα και ο τρόπος που παρουσίασαν ορισμένα από τα δεδομένα είναι ύποπτος". Από την άλλη πλευρά, λέει, οι ερευνητές στο Argonne και αλλού προσπαθούν ήδη να επαναλάβουν το πείραμα. "Οι άνθρωποι εδώ το παίρνουν στα σοβαρά και προσπαθούν να αναπτύξουν αυτό το πράγμα". Η Nadya Mason, φυσικός συμπυκνωμένης ύλης στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, Urbana-Champaign, λέει: "Εκτιμώ ότι οι συγγραφείς πήραν τα κατάλληλα δεδομένα και ήταν σαφείς σχετικά με τις τεχνικές κατασκευής τους". Παρόλα αυτά, προειδοποιεί: "Τα δεδομένα φαίνονται λίγο πρόχειρα".

Τι είναι ο υπεραγωγός;

Ένας υπεραγωγός είναι ένα υλικό που μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα χωρίς καμία απολύτως αντίσταση. Αν έχετε κάνει ποτέ μαγνητική τομογραφία, έχετε ξαπλώσει μέσα σε έναν μεγάλο ηλεκτρομαγνήτη από υπεραγώγιμο σύρμα. Η ροή χωρίς αντίσταση του επιτρέπει να δημιουργεί ένα πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο χωρίς να θερμαίνεται ή να καταναλώνει τεράστια ενέργεια. Οι υπεραγωγοί έχουν αμέτρητες άλλες χρήσεις, από την κατασκευή φίλτρων συχνοτήτων για τις ραδιοεπικοινωνίες μέχρι την επιτάχυνση σωματιδίων σε διατάξεις όπως το σύγχροτρο, το κύκλοτρο και το συγχροκύκλοτρο.

Ακούγεται παράξενο. Πώς συμβαίνει η υπεραγωγιμότητα;

Κανονικά, τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να περάσουν εύκολα μέσα από ένα κρυσταλλικό στερεό επειδή αναπηδούν σε δονούμενα άτομα στο κρυσταλλικό πλέγμα. Ωστόσο, σε ορισμένα υλικά, σε αρκετά χαμηλές θερμοκρασίες, τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν χαλαρά συνδεδεμένα, επικαλυπτόμενα ζεύγη - τα οποία δεν μπορούν να εκτραπούν χωρίς να σπάσει το ζεύγος. Και σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι δονήσεις δεν είναι αρκετά ισχυρές για να το κάνουν αυτό. Έτσι, αυτά τα ηλεκτρόνια γλιστρούν ανεμπόδιστα μέσα στο υλικό.

Υπάρχουν πολλοί υπεραγωγοί;

Δεκάδες στοιχειώδη μέταλλα - μόλυβδος, υδράργυρος, νιόβιο, κασσίτερος - και κράματα αυτών γίνονται υπεραγωγοί όταν ψύχονται σχεδόν στο απόλυτο μηδέν. Στη δεκαετία του 1950, οι φυσικοί εξήγησαν πώς σε αυτούς τους συμβατικούς υπεραγωγούς, οι δονήσεις του πλέγματος παρέχουν επίσης την κόλλα που δημιουργεί τα ζεύγη ηλεκτρονίων. Στη δεκαετία του 1980, ερευνητές εντόπισαν σύνθετες ενώσεις που περιείχαν στρώματα χαλκού και οξυγόνου που υπεραγωγιζόταν σε θερμοκρασίες έως και 133° Κ. Είκοσι χρόνια αργότερα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ενώσεις που περιείχαν στρώματα σιδήρου και αρσενικού μπορούσαν να υπεραγωγούν σε θερμοκρασίες σχεδόν εξίσου υψηλές. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτοί οι λεγόμενοι υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας βασίζονται επίσης στη σύζευξη ηλεκτρονίων, αλλά δημιουργούνται μέσω ενός διαφορετικού μηχανισμού. Πρόσφατα, μια ομάδα έκανε αμφιλεγόμενους ισχυρισμούς για την επίτευξη υπεραγωγιμότητας σε θερμοκρασία δωματίου -αν και σε υψηλή πίεση- για ενώσεις που περιέχουν υδρογόνο, θείο και άνθρακα.

Τι ισχυρίζεται η νοτιοκορεατική ομάδα;

Τίποτα λιγότερο από τον απόλυτο υπεραγωγό. Στα προδημοσιεύματα, τα οποία δεν έχουν ελεγχθεί, οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι όταν εμπλουτίζεται ή "ντοπάρεται" με χαλκό, ένα υλικό από τα κοινά στοιχεία μόλυβδο, οξυγόνο και φώσφορο, γίνεται υπεραγωγός σε πίεση περιβάλλοντος και σε θερμοκρασίες τουλάχιστον 400° Κ - υψηλότερες από το σημείο βρασμού του νερού. Ουσιαστικά, λένε ότι μπορείτε να "ψηθεί" ένα δείγμα αυτού του υλικού, να βγεί από το φούρνο και απλά να κάθεται εκεί στον εργαστηριακό σας πάγκο και να άγει τον ηλεκτρισμό χωρίς καμία αντίσταση. Παρουσιάζουν δεδομένα που δείχνουν όχι μόνο μηδενική αντίσταση, αλλά και ότι το υλικό φαίνεται να αποβάλλει ένα μαγνητικό πεδίο, μια βασική υπογραφή της υπεραγωγιμότητας.

Ποιοι είναι οι λόγοι του σκεπτικισμού;

Υπάρχουν αρκετοί, λέει ο Norman. Πρώτον, το υλικό που δεν έχει αδρανοποιηθεί, ο απατίτης μολύβδου (Lead Apatite, M₅(PO₄)₃X, με το M να είναι συνήθως δισθενής μόλυβδος και το X κάποιο μονοσθενές ανιόν όπως υδροξύλιο ή χλώριο), δεν είναι μέταλλο αλλά μάλλον ένα μη αγώγιμο ορυκτό. Και αυτό είναι ένα μη υποσχόμενο σημείο εκκίνησης για την κατασκευή ενός υπεραγωγού. Επιπλέον, τα άτομα μολύβδου και χαλκού έχουν παρόμοιες ηλεκτρονικές δομές, οπότε η αντικατάσταση κάποιων ατόμων μολύβδου με άτομα χαλκού δεν θα πρέπει να επηρεάσει σημαντικά τις ηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού, λέει ο Norman. "Έχετε μια πέτρα, και θα πρέπει να καταλήξετε και πάλι με μια πέτρα". Συν τοις άλλοις, τα άτομα μολύβδου είναι πολύ βαριά, γεγονός που θα πρέπει να καταστέλλει τις δονήσεις και να δυσχεραίνει τη σύζευξη των ηλεκτρονίων, εξηγεί ο Norman.

Έχουν οι συγγραφείς κάποια εξήγηση για το τι συμβαίνει;

Τα έγγραφα δεν παρέχουν μια σταθερή εξήγηση της φυσικής που χρησιμοποιείται. Αλλά οι ερευνητές εικάζουν ότι μέσα στο υλικό τους, η πρόσμιξη παραμορφώνει ελαφρώς τις μακριές, φυσικές αλυσίδες ατόμων μολύβδου. Λένε ότι η υπεραγωγιμότητα μπορεί να εμφανίζεται κατά μήκος αυτών των καναλιών 1D. Αλλά αυτό θα ήταν έκπληξη, λέει ο Norman, επειδή τα συστήματα 1D δεν παράγουν γενικά υπεραγωγιμότητα. Επιπλέον, η αταξία που εισάγεται από την πρόσμιξη θα έπρεπε να καταστέλλει περαιτέρω την υπεραγωγιμότητα. "Έχετε μια διάσταση, η οποία είναι κακή, και έχετε αταξία, η οποία είναι επίσης κακή", λέει ο Norman. Ο Mason δεν είναι τόσο σίγουρος. Σημειώνει ότι οι Lee και Kim προτείνουν επίσης ότι ένα είδος κυματισμού του φορτίου μπορεί να υπάρχει στις αλυσίδες και ότι παρόμοια μοτίβα φορτίου έχουν παρατηρηθεί σε υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας. "Ίσως αυτό το υλικό να πετυχαίνει πραγματικά το γλυκό σημείο ενός ισχυρά αλληλεπιδρώντος μη συμβατικού υπεραγωγού", λέει.

Πώς θα διευθετηθεί αυτό;

Το μεγάλο ερώτημα θα είναι αν κάποιος μπορεί να αναπαράγει τις παρατηρήσεις. Αυτό δεν θα πρέπει να είναι πολύ δύσκολο, λέει ο Norman, καθώς ο μολύβδινος απατίτης είναι ένα γνωστό υλικό που άλλοι θα πρέπει να είναι σε θέση να συνθέσουν. Ωστόσο, αυτό δεν είναι τόσο απλό όσο το έχουν παρουσιάσει κάποιοι θεατές στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης. "Το ευρύ κοινό φαίνεται να αντλεί περίεργα από το πόσο "εύκολη" είναι η 4ήμερη, πολυβάθμια, μικρής παρτίδας, σύνθεση στερεάς κατάστασης", σχολίασε στο Twitter η Jennifer Fowlie, φυσικός συμπυκνωμένης ύλης στο SLAC National Accelerator Laboratory. "Κάποιοι από εσάς δεν έχουν πάθει φουσκάλες από την υπερβολική χρήση του γουδοχέριου και αυτό φαίνεται". Παρ' όλα αυτά, οι φυσικοί θα θέσουν τον ισχυρισμό σε δοκιμασία πολύ γρήγορα, προβλέπει ο Norman: "Αν αυτό είναι αληθινό, θα το μάθουμε μέσα σε μια εβδομάδα".