Минулого тижня у двох роботах південнокорейських учених було зроблено незвичайну заяву, яка викликала ажіотаж у соціальних мережах і підштовхнула вгору ціни на деякі акції в Китаї та Південній Кореї: відкриття практичного надпровідника.
Надпровідники — це матеріали, що дозволяють електричному струму протікати без опору. Ця властивість дасть змогу здійснити революцію в електромережах, де енергія втрачається під час передачі, а також у таких галузях, як обчислювальні мікросхеми, де електричний опір є межею швидкості.
Статті, які з’явилися на сайті, що використовується вченими для обміну дослідженнями до їхнього офіційного рецензування та публікації, підштовхнули дослідників у всьому світі, зокрема щонайменше у двох національних лабораторіях США і трьох китайських університетах, до більш пильного вивчення пропонованого матеріалу.
Надпровідні матеріали вже використовуються в таких пристроях, як магнітно-резонансні томографи для отримання медичних зображень і деякі квантові комп’ютери, але їхні надпровідні властивості проявляються тільки за дуже низьких температур, що робить їх недоцільними для широкого застосування.
Минулого тижня південнокорейські дослідники заявили, що їм вдалося знайти надпровідник, який працює при кімнатній температурі, що вже давно вважається “святим Граалем” для вчених у цій галузі.
Дослідники також опублікували рецепт отримання цього матеріалу, який дістав назву LK-99, що полягає у використанні відносно поширеного мінералу, апатиту свинцю, і введенні в нього невеликої кількості атомів міді.
Південнокорейські дослідники опублікували дві роботи — первісну з трьома авторами та другу, детальнішу з шістьма авторами, до якої увійшли тільки двоє авторів з першої роботи.
За словами фізиків, опитаних , хороша новина полягає в тому, що не існує закону фізики, який би говорив про неможливість існування надпровідника при кімнатній температурі, а матеріал, описаний південнокорейською командою, легко вирощувати, що означає, що інші дослідники зможуть почати отримувати результати вже цього тижня.
Золотим стандартом підтвердження відкриття є достовірне відтворення результатів південнокорейських дослідників іншими лабораторіями.
Останніми днями дослідники щонайменше з трьох китайських університетів заявили, що вони створили версії LK-99 з різними результатами. Одна група з Хуачжунського університету науки і технології опублікувала відеоролик, у якому нібито показано, що матеріал левітує над магнітом, що дуже важливо, оскільки справжні надпровідники можуть парити над магнітом у будь-якій орієнтації, не обертаючись, як компас.
Однак інша група дослідників, з університету Qufu Normal University, заявила, що не спостерігала нульового опору — однієї з обов’язкових характеристик надпровідника. Третя група з Південно-Східного університету в східному китайському місті Нанкін заявила, що їм вдалося виміряти нульовий опір, але тільки за температури 110 Кельвінів (-163 градуси Цельсія).
У четвер південнокорейські експерти заявили, що створять комісію для перевірки цих тверджень.
Ерік Тун, учений, який став інвестором у Breakthrough Energy Ventures Білла Гейтса, каже, що стежить за будь-якими експертними оцінками та відтворенням результатів, що здійснюються авторитетними лабораторіями.
“Вимірювання, необхідні для підтвердження або демонстрації надпровідності, дуже важко провести”, — сказав Тун. “Якщо все буде правильно, це повністю змінить ситуацію, але доти, доки ми не отримаємо вагоміших доказів, нам залишається тільки набратися терпіння”.
Можлива погана новина для LK-99 полягає в тому, що в галузі надпровідних матеріалів існує безліч матеріалів, які спочатку виглядають багатообіцяючими, але при ретельному дослідженні виявляються неефективними. У дослідників навіть є зручна назва для них — непізнані надпровідні об’єкти.
“Ми називаємо їх USO”, — каже Майк Норман, фізик із конденсованих середовищ з Аргоннської національної лабораторії. “Історія USO сягає корінням у далеке минуле, включно з дуже відомими людьми, які думали, що у них є надпровідник, але це було не так. Як і в будь-якій іншій галузі науки — вас можуть обдурити. Навіть хороші люди можуть бути обмануті”.
За словами Нормана, в оригінальних документах були проблеми. Деякі з них могли бути чесними друкарськими помилками, допущеними в поспіху під час публікації результатів дослідження, але більш тривожною була відсутність даних у широкому діапазоні температур, щоб показати, як поводиться матеріал у надпровідному стані та коли він не перебуває в ньому.
“Люди часто використовують цей метод, щоб показати, яка частина зразка дійсно є надпровідником, а яка — ні”, — сказав Норман.
Інші дослідники також знаходять причини для стриманості. Сінеад Гріффін, фізик твердого тіла і штатний науковий співробітник Національної лабораторії Лоуренса Берклі, використовувала суперкомп’ютер Міністерства енергетики США для моделювання пропонованого матеріалу.
Гріффін виявила, що введення атомів міді в апатит свинцю призводить до несподіваної перебудови атомів матеріалу, що нагадує наявні надпровідники. Однак цей ефект залежить від того, що атоми міді потрапляють туди, куди вони не хочуть потрапляти природним чином, що може ускладнити виробництво матеріалу у великих кількостях.
Гріффін попередила, що її моделювання має свої обмеження: воно не може остаточно довести, що матеріал є надпровідником, і в роботі передбачається, що дослідники можуть помістити атоми міді в апатит свинцю з ідеальною точністю. У реальному світі це малоймовірно і може сильно вплинути на матеріал.
І навіть якщо LK-99 виявиться надпровідником за кімнатної температури, потрібен час, щоб визначити, наскільки він може бути корисним, вважає Майкл Фюрер, професор фізики з Університету Монаша в Мельбурні (Австралія). Наприклад, за словами Фюрера, не було представлено даних про те, який струм може пропускати матеріал, залишаючись при цьому надпровідником, що є ключовим питанням для вдосконалення електромереж.
Проте Фюрер та інші фізики вважають, що отримані результати заслуговують на вивчення, з огляду на все, що ще невідомо про надпровідники, і можливість їхнього випадкового виявлення у звичайному матеріалі.
“Існує безліч мінералів, які ми ще не вивчали”, — сказав Норман з Аргонна. “І, можливо, в цих мінералах ховається дуже цікава фізика”.
