9. 10. 2022 – 15.00

Superprevodna gnila jajca

Audio file

 

Na dolgo zaželjeno superprevodnost pri sobni temperaturi bomo očitno morali še čakati. Uredništvo revije Nature je prejšnji teden umaknilo članek Ránga Díasa in sodelavcev o superprevodnosti v žveplovem hidridu z dodanim ogljikom ali CSH pri neverjetnih 15-ih stopinjah Celzija, pa čeprav so jo z uporabo diamantnih nakoval dosegli pri pritisku 270 gigapaskálov ali približno dvamiljonkratniku atmosfere.

Superprevodnost pri sobni temperaturi je praktično največji izziv na področjih tako teoretične kot eksperimentalne fizike in sinteze materialov, saj bi popolnoma predrugačila način uporabe električne energije. Prenos energije brez upora je s trenutno tehnologijo mogoč le s hlajenjem pod minus sto stopinj Celzija in je tako omejen na panoge, ki zelo dobro upravičujejo ceno za tak podvig — denimo slikanje z magnetno resonanco v zdravstvu — medtem ko smo drugje obsojeni na ogromne izgube zaradi gretja kot posledice električne upornosti.

Eno od trenutno obetavnih poti do morebitnega dosega superprevodnosti, uporao kovinskega vodika, je leta 1968 predlagal Neil Ashcroft. Vodik je element z najlažjim možnim jedrom, ki ga sestavlja zgolj en proton. Mehanizem za običajno superprevodnost je medsebojni privlak elektronov prek moči sklopitve elektronov in vibracij mreže, ki pa je bistveno odvisna od mase atoma v mreži. Mrežo iz lažjih atomov elektroni lažje zatresejo, torej je sklopitev močnejša in superprevodnost se lahko pojavi pri višji temperaturi. Od vseh materialov je zato po Ashcroftovo ravno vodik — sicer plin — tisti element, ki bi po opisanem mehanizmu lahko udejanjil superprevodnost pri najvišji temperaturi: natančneje, pri 17-ih stopinjah Celzija.

Ostaja le ena težava: vodik je lahko kovina le pri zares izjemnih tlakih, primerljivimi s pogoji v jedrih večjih plinskih planetov. Delna rešitev je dodajanje drugih elementov, ki bi stabilizirali kristalizacijo pri nekoliko nižjem, a še vedno znatnem tlaku. Nihče pa ne ve zagotovo, katere elemente dodati in kakšna naj bodo njihova točna razmerja, saj standardni ab-initio pristopi s teorijo gostotnih funkcionalov ali kvantno kemijo kovinskega vodika ne morejo dobro opisati. Ker kovinski vodik obstaja le pod visokim pritiskom ga iz diamantnega nakovala ne moremo prestaviti pod denimo rentgen, tako da pravzaprav niso znane ne strukturne ne elektronske lastnosti sintetiziranih spojin.

Umik članka Diasa in sodelavcev iz leta 2020 sledi artikuliranim dvomom v pravilnost analize in interpretacije meritev v originalnem članku, ki sta jih le mesec po prvotni objavi najglasneje in brez vsakršne samocenzure ubesedila Jorge Hirsch in Frank Marsiglio na strežniku prednatisov arXiv. Izpostavljata predvsem meritev električne upornosti, natančneje temperaturno razliko med povsem kovinskim in povsem superprevodnim stanjem. Ta je namreč presenetljivo majhna v primerjavi s kritično temperaturo, pri kateri se zgodi prehod. Pri večini materialov, ki postanejo superprevodni zaradi istega mehanizma kot CSH, ta temperaturna razlika znaša dobrih 8 odstotkov kritične temperature. Nasprotno ta temperaturna razlika v meritvah električne upornosti Diasa in sodelavcev znaša zgolj približno desetino odstotka kritične temperature. Ta ostrina tako ni značilna za prehod v superprevodno stanje, ampak bi lahko bila posledica česa drugega.

Meritev električne upornosti je bil prvi namig, da z raziskavo morda ni vse v redu. Poglaviten dvig obrvi pa je pri javnosti vzbudilo, da Dias in sodelavci niso želeli sodelovati pri vprašanjih glede meritev magnetne susceptibílnosti. To je komplementarna meritev, s katero lahko zaznajo Meissnerjev efekt oziroma pojav, da superprevodnik iz sebe izrine magnetno polje. Pri poskusih pod visokim tlakom je namreč v tej meritvi prisoten velik signal iz ozadja, ki pa ni vnaprej znan in ga prav tako ni mogoče izmeriti neodvisno. Vseeno je ozadnje treba odšteti za pravilno interpretacijo. Ključno tu je, da metode odstranitve ozadja iz meritev Dias in sodelavci niso razkrili, neobdelanih podatkov pa dolgo niso želeli deliti. Identična zgodba botruje umiku drugega članka, ki si z novo umaknjenim člankom deli enega avtorja, iz revije Physical Review Letters januarja letos. Ta članek iz leta 2009 je nepričakovano superprevodnost v elementarnem evrópiju pod pritiskom dokazoval z uporabo primerljivih eksperimentalnih tehnik.

Okoliščino ogljičenega žveplovega hidrida oziroma CSH-ja pa je dodatno pregrela kopica neuspehov pri replikaciji poročanih meritev, kar stoji v nasprotju z vsemi ostalimi nedavno odkritimi superprevodniki. Tu gre sicer morda za vpliv težavnosti po eni strani sinteze materiala in po drugi strani ponovitve točnih pogojev prvotnega eksperimenta. V laboratorijih Inštituta Maxa Plancka za kemijo v Mainzu po letu truda niso uspeli ponoviti meritev. Prav tam so v laboratoriju Mikháila Éremetsa pionirji na področju superprevodnosti v žveplovih hidridih pod visokim pritiskom, o čemer so prvi poročali leta 2005.

Avgusta lani je uredništvo revije Nature na spletni strani objavilo opozorilo glede netransparentnosti podatkov, na katerih slonijo ugotovitve Diasa in sodelavcev. Februarja letos so pod isto objavo dodali opomnik glede načina obdelave prav teh podatkov in nameno o razrešitvi omenjenih dvomov v komunikaciji z avtorji. V komentarju na končni umik članka uredništvo navaja, da načini obdelave podatkov v ključnih grafih originalnega članka niti niso standardni niti niso ustrezno obrazloženi v samem članku ali dodatkih. Dodajajo še, da se avtorji, ki so se odzvali na odločitev uredništva glede umika, ne strinjajo z umikom. Avtorji so medtem že napovedali ponovno oddajo z neobdelanimi podatki, saj trdijo, da potrjujejo prvotne ugotovitve.

Kje umik kontrovzernega članka pusti področje visokotemperaturne superprevodnosti v hidridih? Eremets z Inštituta Maxa Plancka v Mainzu komentira, da je dejanje skupnost odrešilo dvoletne negotovosti in da se ta lahko tako končno ukvarja z bolj pomembnimi vprašanji. Veliko porabe energije gre tu nedvomno pripisati prej omenjenemu dvojcu Hirsh in Marsiglio, ki skupaj s potencialno nepovezanim eksperimentalnim fiaskom skušata promovirati lastno teorijo superprevodnosti na osnovi lukenj. Po mnenju Eremetsa in sodelavcev slednja sicer nima ustrezne razlage za odvisnost kritične temperature od mase jedra, imenovano izotópski efekt.

Hirsh sicer vztraja, da zgolj umik člankov ni zadovoljiv, saj sumi na potvarjanje podatkov pri meritvah magnetne susceptibílnosti in s tem hudo akademsko prevaro. To je jasno in glasno, pospremljeno s kopico osebnih žalitev Diasa, večkrat povedal na že omenjenem arXivu. Zato so ga skrbniki portala februarja letos neprecedenčno začasno odstranili s portala oziroma mu onemogočili objavljanje. Vsi nastavki, ki bi motivirali prevaro, so sicer prisotni: področje se kiti z neverjetnim prestižem, primerljiva objava ustvarja kariero, nenazadnje pa je Dias solastnik spin-off podjetja za tehnološke aplikacije superprevodnih tehnologij.

V prispevku smo umaknjeni članek nazivali z omembo zadnjega, in ne prvega avtorja, kot je sicer običajnejše. Prvi avtor je namreč Diasov študent, taka povezava z umaknjenim člankom pa lahko močno vpliva na njegovo kariero že v samem začetku. Umik znanstvenega članka je sicer lahko dobra poteza za ohranitev osebne integritete, kot je denimo leta 2020 pokazala Frances Arnold. Manj kot dve leti pred tem je bila Nobélova nagrajenka, nato pa je članek iz leta 2019 umaknila, potem ko v skupini niso mogli ponoviti zanj ključnih poskusov. Dveh okoliščin sicer ne moremo enačiti, saj so se avtorji v enem primeru z umikom strinjali, v drugem pa ne. Njun kontrast pa kljub temu izpostavlja stalno ključno vlogo ponavljanja eksperimentov. Ta je zaradi splošne pristranskosti v prid pozitivnim in proti negativnim rezultatom raziskav trenutno sistemsko zapostavljena.

 

Prazen radio ne stoji pokonci! Podpri RŠ in omogoči produkcijo alternativnih, kritičnih in neodvisnih vsebin.

Dodaj komentar

Komentiraj