«Сверхпроводник» ЛК-99 стал вирусным — вот что думают эксперты

Если верить шумихе, LK-99 может стать революционным. Предполагается, что это идеальный сверхпроводник, который может помочь ядерному синтезу стать реальностью и сделать левитирующие поезда простым способом добраться до работы. По крайней мере, об этом рассказывают в социальных сетях, но это не то, что многие эксперты думают о новом открытии.

Ажиотаж набрал обороты в Twitter (который в настоящее время переименован в X), Twitch и Reddit, где LK-99 был провозглашен физическим прорывом всей жизни. Академические исследователи и нетерпеливые любители спешат проверить, является ли LK-99 законным, изготовив его самостоятельно. Таким образом, они смогут выяснить, действительно ли LK-99 обладает сверхспособностями, о которых исследователи, впервые обнаружившие его, писали в спорных статьях, опубликованных ими в июле.

Грань поговорил с несколькими экспертами в этой области, чтобы попытаться отделить науку от шумихи. Как бы им ни хотелось увидеть успех такого сверхпроводника — такого, который может проводить электричество с нулевым сопротивлением при комнатной температуре и атмосферном давлении — они настроены скептически. Чтобы быть уверенным, мы все еще ждем более определенных ответов от всех, кто пытается проверить утверждения о LK-99. Грань тоже хотел узнать – если ЛК-99 действительно делает то, что должен – что дальше?

Это может выглядеть как любая старая темно-серая порода, но технически LK-99 представляет собой поликристаллический материал, сделанный из свинца, кислорода и фосфора, который был «легирован» — или пропитан — медью. В конце июля группа исследователей произвела фурор, опубликовав серию статей об открытии LK-99 и назвав его «совершенно новым историческим событием, открывающим новую эру для человечества».

В документах, подготовленных ведущими авторами из Исследовательского центра квантовой энергии в Южной Корее, утверждается, что LK-99 является первым в мире сверхпроводником при комнатной температуре и атмосферном давлении. Другими словами, он может проводить электричество без какого-либо сопротивления в обычных условиях. Если говорить о лорде ситхов по теме, устранение сопротивления — это все. Электросети и электроника сегодня тратят впустую тонны электроэнергии из-за сопротивления менее эффективных материалов.

Почему LK-99 потенциально так важен?

Сегодня есть и другие сверхпроводники. Они используются в аппаратах магнитно-резонансной томографии (МРТ), квантовых компьютерах и устройства ядерного синтеза. Но эти сверхпроводники работают только при очень низких температурах или высоких давлениях. Это делает их слишком сложными и дорогими для использования в большинстве повседневных приложений.

«Технологически жизнеспособный сверхпроводник при комнатной температуре — это не просто территория Нобелевской премии. Если вы его запатентовали, то это, по сути, неоценимая ценность», — говорит Крис Гровенор, профессор материалов Оксфордского университета и директор Центра прикладной сверхпроводимости. «Это трансформация во многих вещах».

Почему научное сообщество отнеслось к этому скептически?

Начнем с того, что LK-99 прославился после того, как был описан в препринтах, исследовательских работах, которые не прошли рецензирование. Золотой стандарт, более или меньшепоскольку новое исследование должно быть опубликовано в авторитетном рецензируемом журнале. Два препринты были опубликованы в конце июля на сервере arXiv, и соответствующее исследование было опубликовано в Журнал корейского выращивания кристаллов и технологии кристаллов Ранее в этом году.

Это делает усилия, которые мы видим сейчас, чтобы попытаться воспроизвести выводы, сделанные в этих препринтах, критически важными. Но это не единственная проблема, которая заставляет задуматься экспертов. Они подняли ряд проблем в интервью с Грань.

Во-первых, в данных были несоответствия; два препринта расходятся друг с другом. Сообщается также о конфликте между авторами (в одной статье названо трое авторов, а в другой — шесть). Препринт с меньшим количеством авторов содержит «много дефектов», автор другой статьи сказал Новый ученый. Автор, профессор физики William & Mary Ким Хён-Так, также сказал, что препринт был загружен на arXiv без его разрешения. Ким и другие соответствующие авторы статей не ответили, когда Грань дотянулся до них.

Подождите, красных (или хотя бы желтых) флажков стало больше…

Гровенор отмечает, что исследователи не проводили тест на тепловые аномалии, который является стандартным для крупных лабораторий, изучающих такие материалы. «Все сверхпроводники, которые когда-либо считались сверхпроводниками, демонстрируют эту специфическую тепловую аномалию, — говорит он. «Если нет аномалии удельной теплоты, это не сверхпроводник».

Препринты также неточны в определении «нулевого» сопротивления, по словам Нади Мейсон, физика по конденсированным средам из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне. Сверхпроводники должны иметь нулевое электрическое сопротивление, но препринты показывают «ноль» по шкале, из-за которой трудно сказать, является ли LK-99 действительно идеальным сверхпроводником или просто очень хорошим проводником. «Металл — это очень, очень, очень, очень, очень хороший дирижер», — говорит Мейсон. Но это все еще не идеально. «Вы действительно теряете много энергии в тепле. Вот почему наши ноутбуки нагреваются и поэтому вы теряете так много энергии в электросети. Так что действительно важно, есть ли у вас идеальный дирижер или действительно хороший дирижер».

Строительные блоки для LK-99 тоже вызвали недоумение. В отличие от многих сверхпроводников, сделанных из металла, он изначально представляет собой непроводящий минерал. «Когда вы начинаете с камня, скорее всего, вы и закончите камнем», — говорит Майкл Норман, выдающийся научный сотрудник и бывший директор отдела материаловедения Аргоннской национальной лаборатории. Предполагается, что легирование материала медью преобразует его, но неясно, куда должна идти медь и как ей удается превратить камень в сверхпроводник.

«Это открытие совершенно неожиданно», — говорит Дэвид Ларбалестье, главный материаловед Национальной лаборатории сильного магнитного поля и профессор инженерного колледжа FAMU-FSU. «Честно говоря, я понятия не имею, какая идея стоит за допингом. [mineral] с медью был».

Разве мы не слышали о какой-то драме со сверхпроводником при комнатной температуре до ЛК-99?

Действительно, было много драмы. Еще в 2020 году группа исследователей из Рочестерского университета заявила, что они обнаружили сверхпроводник при комнатной температуре, состоящий из водорода, серы и углерода. Но исследование, опубликованное в престижном журнале Природабыло позже убран после того, как редакторы указали на проблемы с обработкой данных исследования.

Исследователи из Рочестера попытались снова. В марте они опубликовали еще одну статью о сверхпроводнике при комнатной температуре, сделанном из азота, водорода и редкоземельного металла лютеция. Они назвали это «красной материей» в честь вымышленного материал в Звездный путь который образует черные дыры. Эта статья все еще находится на рассмотрении, тем более что один из ключевых исследователей из Рочестера сталкивается с отдельными обвинениями плагиата и фальсификации данных в других его работах.

«Это просто нехорошо для поля. И это заставляет большинство из нас очень, очень настороженно относиться к претензиям и случаям, когда люди не могут воспроизвести свои данные». — говорит Мейсон. «Наука работает за счет воспроизводства и нашей способности быть открытыми друг с другом и проверять результаты друг друга».

Насколько успешными были попытки воспроизвести LK-99 и показать, обладает ли он сверхпроводимостью?

Не только крупные исследовательские лаборатории работают над тем, чтобы увидеть, сможет ли LK-99 оправдать шумиху. Поскольку LK-99 сделан из относительно простых ингредиентов и не требует экстремальных температур или давления, другие люди, имеющие к нему доступ и подходящее оборудование, пробуют свои силы. Инженер стартапа, занимающегося космическими исследованиями, ведет прямую трансляцию своих усилий на Twitch. Проводной сообщили на этой неделе (это было офлайн, когда Грань пытался настроиться).

Рассказывают эксперты Грань еще слишком рано делать последний звонок по ЛК-99. Тем не менее, некоторые первые результаты захватили воображение людей в социальных сетях. А видео В сети появился фрагмент LK-99, сделанный исследовательской группой из Хуачжунского университета науки и технологий, который, по-видимому, парил в воздухе. Плавание при размещении над магнитом является признаком диамагнетизма, когда материал излучает магнитное поле. Это классический признак сверхпроводника благодаря явлению, называемому эффектом Мейснера, и авторы, впервые написавшие о LK-99, также включили видео из него частично левитирует.

Важно помнить, что сама по себе левитация не делает что-то сверхпроводником. Он по-прежнему должен показать нулевое электрическое сопротивление в строгих испытаниях. Другие вещи левитируют, потому что они диамагнетики, например, графит, и LK-99 может оказаться новым типом диамагнетика.

С тех пор на arXiv были опубликованы другие препринты от исследовательских групп, которые говорят, что они сделали образцы LK-99 и нет обнаружил, что это сверхпроводник при комнатной температуре. Гровенор указывает на одного из CSIR-Национальная физическая лаборатория в Индии то, что он говорит, является «хорошим качеством и разумным».

После того, как материаловед Лоуренса Беркли Шинейд Гриффин опубликовала свою собственную анализ в Твиттере с гифкой, на которой Барак Обама роняет микрофон, другие люди истолкованный результаты как свидетельство того, что LK-99 действительно может работать как сверхпроводник. Только это было не то, что Гриффин пытался сказать газетой. «TLDR: Моя статья *не* доказывала и не свидетельствовала о сверхпроводимости», — позже она уточненный. В нем просто говорилось, что материал показал себя многообещающим, если медь была помещена в определенное место при легировании LK-99, но на самом деле ничего особенного не происходит, если медь находится не в том месте.

Другие известные учреждения еще не поделились своими результатами, в том числе исследователи из Аргоннской национальной лаборатории и Инженерного колледжа FAMU-FSU. «В течение недели или двух у нас будет 20, 30, 40, 50 или 100 лабораторий, которые будут проводить различные синтезы. Так что все прояснится довольно быстро», — говорит Ларбалестье.

Что, если LK-99 действительно окажется сверхпроводником при комнатной температуре? Это изменит нашу жизнь сразу?

Допустим, за неделю-две кому-то удается состряпать партию ЛК-99, которая проходит все испытания на сверхпроводимость. Что тогда? Что ж, это еще не гарантия того, что LK-99 полностью изменит все электрическое.

«Если его нельзя изготовить, это лабораторная диковинка — та, которая получит Нобелевскую премию, — но это все равно диковинка. Это очень долгий путь от материала, которым все могут восхищаться в качестве физического эксперимента, до чего-то, о чем инженер скажет: «Да, я куплю это и вставлю в свою машину», — говорит Гровенор.

«Существуют тысячи известных сверхпроводников… Мы используем четыре, потому что это те, которые можно проектировать, производить массово и по цене, позволяющей применять их в реальных системах, за которые люди будут платить», — говорит Гровенор.

С LK-99 потенциально может быть сложно работать, поскольку это минерал, а не ковкий металл, который можно, например, намотать в виде проволоки. Большое открытие 1980-х годов привело к сверхпроводникам, которые могли работать при более высоких температурах, чем раньше, но потребовалось больше времени, чтобы найти практическое применение, отчасти потому, что эти материалы представляют собой хрупкую керамику.

Так когда же мы сможем увидеть сверхпроводники при комнатной температуре в реальном мире?

Никто из экспертов Грань с которым мы говорили, могли бы оценить, когда мы сможем увидеть революционные сверхпроводники при комнатной температуре в действии. «Это может быть просто волшебство, волшебный единорог и не существовать», — говорит Гровенор. «Мы не имеем права ожидать, что там есть волшебные вещи».

Мы все еще потенциально можем увидеть некоторые вещи, которые должен открыть сверхпроводник при комнатной температуре, даже если он никогда не будет обнаружен. Подумайте об идеально эффективных сверхпроводящих электрических сетях и более мощных медицинских аппаратах для визуализации. Эти разработки могут зависеть от дополнительных постепенных улучшений, чтобы сделать существующие сверхпроводящие материалы более дешевыми в производстве и более простыми в использовании.

«Есть большие улучшения, которые можно сделать, но они не связаны с изобретением сверхпроводника при комнатной температуре», — говорит Гровенор. «Они используют те, что есть у нас, более эффективно».