Ученые исследуют новый материал, который объявили сверхпроводником

На прошлой неделе в двух работах южнокорейских ученых было сделано необычное заявление, которое вызвало ажиотаж в социальных сетях и подтолкнуло вверх цены на некоторые акции в Китае и Южной Корее: открытие практического сверхпроводника.

Сверхпроводники — это материалы, позволяющие электрическому току протекать без сопротивления. Это свойство позволит совершить революцию в электросетях, где энергия теряется при передаче, а также в таких областях, как вычислительные микросхемы, где электрическое сопротивление является пределом скорости.

Статьи, появившиеся на сайте, используемом учеными для обмена исследованиями до их официального рецензирования и публикации, подтолкнули исследователей по всему миру, в том числе как минимум в двух национальных лабораториях США и трех китайских университетах, к более пристальному изучению предлагаемого материала.

Сверхпроводящие материалы уже используются в таких устройствах, как магнитно-резонансные томографы для получения медицинских изображений и некоторые квантовые компьютеры, но их сверхпроводящие свойства проявляются только при очень низких температурах, что делает их нецелесообразными для широкого применения.

На прошлой неделе южнокорейские исследователи заявили, что им удалось найти сверхпроводник, работающий при комнатной температуре, что уже давно считается "святым Граалем" для ученых в этой области.

Исследователи также опубликовали рецепт получения этого материала, получившего название LK-99, который заключается в использовании относительно распространенного минерала, апатита свинца, и введении в него небольшого количества атомов меди.

Южнокорейские исследователи опубликовали две работы — первоначальную с тремя авторами и вторую, более подробную с шестью авторами, в которую вошли только два автора из первой работы.

По словам физиков, опрошенных Reuters, хорошая новость заключается в том, что не существует закона физики, который бы говорил о невозможности существования сверхпроводника при комнатной температуре, а материал, описанный южнокорейской командой, легко выращивать, что означает, что другие исследователи смогут начать получать результаты уже на этой неделе.

Золотым стандартом подтверждения открытия является достоверное воспроизведение результатов южнокорейских исследователей другими лабораториями.

В последние дни исследователи как минимум из трех китайских университетов заявили, что они создали версии LK-99 с различными результатами. Одна группа из Хуачжунского университета науки и технологии опубликовала видеоролик, в котором якобы показано, что материал левитирует над магнитом, что очень важно, поскольку настоящие сверхпроводники могут парить над магнитом в любой ориентации, не вращаясь, как компас.

Однако другая группа исследователей, из университета Qufu Normal University, заявила, что не наблюдала нулевого сопротивления — одной из обязательных характеристик сверхпроводника. Третья группа из Юго-Восточного университета в восточном китайском городе Нанкин заявила, что им удалось измерить нулевое сопротивление, но только при температуре 110 Кельвинов (-163 градуса Цельсия).

В четверг южнокорейские эксперты заявили, что создадут комиссию для проверки этих утверждений.

Эрик Тун, ученый, ставший инвестором в Breakthrough Energy Ventures Билла Гейтса, говорит, что следит за любыми экспертными оценками и воспроизведением результатов, предпринимаемыми авторитетными лабораториями.

"Измерения, необходимые для подтверждения или демонстрации сверхпроводимости, очень трудно провести", — сказал Тун. "Если все будет правильно, это полностью изменит ситуацию, но до тех пор, пока мы не получим более весомых доказательств, нам остается только набраться терпения".

Возможная плохая новость для LK-99 заключается в том, что в области сверхпроводящих материалов существует множество материалов, которые поначалу выглядят многообещающе, но при тщательном исследовании оказываются неэффективными. У исследователей даже есть удобное название для них — неопознанные сверхпроводящие объекты.

"Мы называем их USO", — говорит Майк Норман, физик по конденсированным средам из Аргоннской национальной лаборатории. "История USO уходит корнями в далекое прошлое, включая очень известных людей, которые думали, что у них есть сверхпроводник, но это было не так. Как и в любой другой области науки — вас могут обмануть. Даже хорошие люди могут быть обмануты".

По словам Нормана, в оригинальных документах были проблемы. Некоторые из них могли быть честными опечатками, допущенными в спешке при публикации результатов исследования, но более тревожным было отсутствие данных в широком диапазоне температур, чтобы показать, как ведет себя материал в сверхпроводящем состоянии и когда он не находится в нем.

"Люди часто используют этот метод, чтобы показать, какая часть образца действительно является сверхпроводником, а какая — нет", — сказал Норман.

Другие исследователи также находят причины для осторожности. Синеад Гриффин, физик твердого тела и штатный научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, использовала суперкомпьютер Министерства энергетики США для моделирования предлагаемого материала.

Гриффин обнаружила, что введение атомов меди в апатит свинца приводит к неожиданной перестройке атомов материала, напоминающей существующие сверхпроводники. Однако этот эффект зависит от того, что атомы меди попадают туда, куда они не хотят попадать естественным образом, что может затруднить производство материала в больших количествах.

Гриффин предупредила, что ее моделирование имеет свои ограничения: оно не может окончательно доказать, что материал является сверхпроводником, и в работе предполагается, что исследователи могут поместить атомы меди в апатит свинца с идеальной точностью. В реальном мире это маловероятно и может сильно повлиять на материал.

И даже если LK-99 окажется сверхпроводником при комнатной температуре, потребуется время, чтобы определить, насколько он может быть полезен, считает Майкл Фюрер, профессор физики из Университета Монаша в Мельбурне (Австралия). Например, по словам Фюрера, не было представлено данных о том, какой ток может пропускать материал, оставаясь при этом сверхпроводником, что является ключевым вопросом для совершенствования электросетей.

Тем не менее, Фюрер и другие физики считают, что полученные результаты заслуживают изучения, учитывая все, что еще неизвестно о сверхпроводниках, и возможность их случайного обнаружения в обычном материале.

"Существует множество минералов, которые мы еще не изучали", — сказал Норман из Аргонна. "И, возможно, в этих минералах скрывается очень интересная физика".