Notícias sobre supercondutores: o que está sendo alegado e quão fortes são as evidências
(science.org)- Dois preprints no rXiv afirmam que o LK-99 é um “supercondutor em temperatura ambiente e pressão ambiente”, com temperatura crítica indicada em 127°C, acima do ponto de ebulição da água
- O método de síntese consiste em misturar lanarkite e Cu3P na proporção de 1:1 e aquecer a 925°C em um tubo de quartzo a vácuo, o que permite que vários laboratórios de pesquisa em materiais sólidos tentem reproduzir o resultado rapidamente
- Como evidências, foram apresentados difração de raios X, EPR, efeito Meissner, mudança brusca de resistência na temperatura crítica e gráficos I-V por temperatura e campo magnético, sendo a reprodutibilidade o ponto central da avaliação
- O LK-99 atualmente é um material policristalino e pode não conseguir transportar grandes correntes no estado supercondutor em altas temperaturas, portanto sua aplicabilidade industrial ainda é incerta
- Se o resultado estiver correto, a busca por materiais baseados em poços quânticos pode acelerar e causar grande impacto em áreas como energia, ímãs e motores elétricos, mas até a verificação ainda permanece a possibilidade de fracasso
A alegação de que o LK-99 é um supercondutor em temperatura e pressão ambientes
- Foram divulgados dois preprints no rXiv, e um deles tem o título “The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor”, afirmando ser um supercondutor em temperatura ambiente e pressão ambiente
- Um novo manuscrito da mesma equipe também foi publicado em uma revista acadêmica coreana, e parece incluir mais dados
- Os autores, independentemente de divergências internas, mantêm a posição de que realmente obtiveram o supercondutor em temperatura ambiente que afirmam ter produzido
- Vários laboratórios estão conduzindo experimentos de reprodução, e o “preprint com 3 autores” pode ser retirado, enquanto o “preprint com 6 autores” está sendo revisado como manuscrito submetido para avaliação em periódico
Estrutura do material e procedimento de síntese
- O LK-99 é um material à base de chumbo dopado com cobre, com composição apresentada como Pb10-xCux(PO4)6O
- A síntese começa com a preparação da lanarkite, Pb2(SO4)O, um mineral bem conhecido de óxido de chumbo e sulfato de chumbo
- Separadamente, cobre elementar e fósforo são usados para preparar copper phosphide, Cu3P
- Os dois materiais são moídos e misturados na proporção de 1:1, depois selados em um tubo de quartzo evacuado a vácuo e aquecidos a 925°C para produzir o LK-99, um material policristalino escuro
- A estrutura é muito parecida com a do conhecido mineral fosfato apatite, mas a substituição de certos átomos de chumbo por cobre na rede cristalina torna a célula unitária cristalográfica ligeiramente menor
Mecanismo supercondutor proposto e evidências experimentais
- Os autores consideram que a estrutura deformada e tensionada cria muitos poços quânticos entre certos átomos de chumbo e o oxigênio dos grupos fosfato, formando efetivamente um gás de elétrons bidimensional
- O mecanismo proposto afirma que a supercondutividade surge quando elétrons tunelam entre poços quânticos separados por 3.7~6.5Å
- Para sustentar essa hipótese, foram incluídos vários dados, como difração de raios X e EPR
- Também foram apresentados fenômenos que deveriam ser observados caso se trate de um supercondutor
- Efeito Meissner: exclusão do campo magnético
- Mudança abrupta de resistência na temperatura crítica
- Gráficos de corrente-tensão em diferentes temperaturas e intensidades de campo magnético, isto é, gráficos I-V
- Se esses dados forem reproduzidos, ficará difícil duvidar da supercondutividade do LK-99
Por que isso pode ser decidido rapidamente
- O procedimento de síntese do LK-99 é relativamente direto, então laboratórios de materiais sólidos no mundo todo podem tentar reproduzi-lo rapidamente
- O próprio procedimento é relativamente fácil de seguir, a ponto de as primeiras amostras poderem sair em breve de recipientes de quartzo
- Até agora, alegações semelhantes sobre supercondutores ruíram sob análise minuciosa, e um artigo do grupo de pesquisa em supercondutividade de Rochester também está prestes a sofrer nova retratação por suspeitas de manipulação de dados
- Em casos anteriores, eram necessários equipamentos muito especiais para produção e avaliação, mas este relato tem grande chance de ser rapidamente refutado ou rapidamente comprovado
- Como no caso da descoberta de supercondutores em 1987, isso pode entrar em fase de verificação em pouco tempo
Limites industriais e impacto potencial
- Ainda é incerto se o próprio LK-99 se tornará um material industrial de grande porte
- Pelos dados de propriedades, o LK-99 não consegue transportar muita corrente no estado supercondutor em altas temperaturas, e isso é um atributo central para muitas aplicações
- Outros supercondutores também tendem, em geral, a apresentar menor densidade de corrente à medida que a temperatura se aproxima da temperatura crítica
- O LK-99 sintetizado é um material policristalino, e as junções entre diferentes regiões cristalinas podem afetar fortemente a densidade de corrente
- Se supercondutores de poços quânticos realmente funcionarem dessa forma, grandes esforços de pesquisa poderão se concentrar em saber se síntese e fabricação mais sofisticadas conseguem aumentar a densidade de corrente
- Se o resultado for reproduzido, o simples fato de “esse tipo de material poder existir” já representará um grande ponto de inflexão
- Se se tornar possível um supercondutor robusto em temperatura ambiente com alta densidade de corrente, quase todas as áreas movidas a eletricidade poderão ser impactadas, como geração e transmissão de energia, antenas, armazenamento de energia, aplicações com ímãs, usinas de fusão nuclear e motores elétricos
- No momento, o LK-99 pode não ser esse material final, ou ainda não ser, e também permanece a possibilidade de não ser nada disso
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Fizeram um resumo muito útil do artigo original
Os autores entendem que a estrutura de deformação/tensão cria muitos poços quânticos entre determinados átomos de chumbo e oxigênios de grupos fosfato adjacentes, formando, na prática, um gás eletrônico bidimensional
Eles propõem que o tunelamento de elétrons entre poços quânticos separados por 3,7 a 6,5 Å seja o mecanismo de supercondutividade
Não sou especialista em física do estado sólido a ponto de avaliar essa proposta, mas é bom que apresentem um mecanismo detalhado que pode ser verificado experimentalmente e também incluam uma boa quantidade de dados, como difração de raios X e EPR
Também apresentam comportamentos que um supercondutor deveria exibir, como o efeito Meissner, uma mudança abrupta de resistência na temperatura crítica e curvas corrente-tensão por temperatura/campo magnético
Se esses dados forem reproduzidos, parece difícil duvidar da supercondutividade desse material
Provar o fato de que é supercondutor é muito mais fácil e mais importante do que provar por que é supercondutor
Ainda assim, formular uma teoria operacional para supercondutividade em temperatura ambiente provavelmente também é coisa de Nobel, então imagino que os físicos teóricos já estejam correndo para o quadro-negro a esta altura
Como alguém que já trabalhou um pouco com física do estado sólido, eu esperaria que a explicação incluísse um mecanismo de formação de pares de elétrons
Tunelamento simples entre poços quânticos é um tema comum desde os “metamateriais” dos anos 80 e 90
Mesmo assim, as curvas de medição não mentem, e eu não consegui continuar acompanhando a área, então quero ouvir com a mente aberta. Espero de verdade que venha uma revolução dos supercondutores
Melhor ainda, esta é uma afirmação enorme, então será um caso para mostrar como a epistemologia funciona na ciência, especialmente o que significa reprodução
Quero saber se um dia ela será alta o suficiente para uso nas camadas de distribuição de energia/clock de chips semicondutores sem refrigeração enorme
A New Scientist obteve respostas dos autores e de alguns especialistas: https://www.newscientist.com/article/2384782-room-temperatur...
Kim aparece como coautor em apenas um dos artigos no arXiv; o outro foi escrito por colegas do Quantum Energy Research Centre da Coreia, alguns dos quais também solicitaram uma patente do LK-99 em agosto de 2022
Os dois artigos apresentam medições semelhantes, mas Kim diz que o segundo artigo tem “muitos defeitos” e foi enviado ao arXiv sem sua permissão
Outros especialistas contatados pela New Scientist também se mostraram céticos em relação aos resultados e aos dados, e alguns temem que parte dos resultados possa ser explicada por erros de procedimento experimental e defeitos nas amostras de LK-99
Se for verdade, é surpreendente que tenham deixado uma descoberta dessas guardada por mais de dois anos
Atualização: o nome LK-99 também parece vir dos descobridores, Dr. Lee e Dr. Kim, e do ano da descoberta, 1999, então pode haver uma história ainda mais longa: https://kr.linkedin.com/in/ji-hoon-kim-03508b80
Não sou físico especializado em supercondutores, mas acompanho essa área bem de perto desde os anos 90
Provavelmente isso ficará claro nas próximas 1 ou 2 semanas. Para um experimento tão fácil de reproduzir, os stakes são altos demais para que haja motivo de demorar mais do que isso
Um pesquisador no Reddit acredita que é mais provável que isso seja um artefato de medição, não supercondutividade
Ele diz que não foi fraude, mas que eles parecem não entender o que estão observando
Pela forma e pelos itens medidos, a avaliação é que eles não entendem bem os procedimentos padrão de caracterização de supercondutores; e, pela análise/discussão, também parecem carecer de conhecimento científico sobre a teoria de base
A crítica é que os dois artigos se aproximam mais de ciência ruim do que de má-fé e, mesmo que a alegação seja verdadeira, ainda assim seriam ciência ruim
Alegações semelhantes não são raras, e ele cita como exemplo um artigo que desapareceu sem resultados alguns anos atrás: https://doi.org/10.48550/arXiv.1807.08572
https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
A afirmação anterior de que o grafite também poderia fazer a mesma coisa, a meu ver, não é verdadeira
O grafite consegue repelir um campo magnético, mas escorrega e cai; por isso, em experimentos de diamagnetismo, usam-se vários ímãs para mantê-lo no lugar
No vídeo, ele não parece estar escorregando para lugar algum, então, na minha opinião, o vídeo não mostra diamagnetismo
https://sciencecast.org/casts/suc384jly50n
Edit: olhando de novo, parece que ele está preso por uma das bordas, e essa borda sempre aponta para fora do ímã, então passei a achar que pode ser simplesmente diamagnetismo. Seria bom se alguém com carbono pirolítico testasse
Edit2: 99% dos vídeos de diamagnetismo no YouTube usam vários ímãs, e os vídeos que mostram diamagnetismo em um ímã de polo único eram apenas casos em que não funcionava: https://youtu.be/D-tW8_SRW3g
Acho que é mais do que simples carbono pirolítico
No primeiro artigo, eles afirmam ter medido resistência zero na escala de microvolts, mas evitam cuidadosamente mostrar a curva completa de resistência-temperatura
Quando se olha a curva mais completa no segundo artigo, há uma grande variação mesmo abaixo de Tc, o que levanta a questão de como a resistência poderia variar tanto em um estado supercondutor de resistência zero
Na Figura 1c do artigo 1, também há muito ruído no estado ôhmico e, com campo magnético zero, o material parece um isolante cuja resistência aumenta à medida que a temperatura cai, mas com campo magnético aplicado parece um metal. Há algo errado com a medição
Também é estranho terem escolhido 400 K como temperatura de supercondutividade. Ela coincide exatamente com o limite superior que o sistema MPMS consegue medir, então não parece totalmente arbitrária
Naturalmente, o correto seria medir até temperaturas muito mais altas com um acessório de forno e validar os resultados com colaboradores de outros laboratórios
Em medições ZFC-FC, 10 gauss é um campo magnético muito pequeno e, se Tc for acima de 400 K, são necessários dados em temperaturas mais altas para mostrar algo sobre a transição de fase
A alegação de que mediram a densidade de estados também não foi justificada de forma alguma, nem sequer citada. Não sei como se poderia acreditar nisso
No geral, os dados e a própria forma de apresentação do artigo são desleixados. Se tivessem feito uma descoberta realmente revolucionária, imagino que teriam tomado mais cuidado
Resumindo do ponto de vista de um não especialista: se isso for um supercondutor e as medições estiverem corretas, a Figura 5 significa que a amostra precisa ser completamente pura para se tornar supercondutora
Só que o restante do artigo aponta para a necessidade de haver impurezas na amostra
Portanto, é bastante provável que não seja um supercondutor, ou que a medição esteja errada — talvez ambos
Como eles também nunca elevaram corretamente até a temperatura crítica para demonstrar o efeito Meissner completo, se a medição estiver errada, de qualquer forma isso seria apenas evidência de diamagnetismo, não de supercondutividade
https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
A Figura 1b mostra a resistividade em uma temperatura desconhecida. Eles passam uma corrente e medem que não há queda de potencial; antes de tudo deveriam informar a temperatura e, em seguida, medir em função da temperatura
O ponto central é que a resistência caia para zero na temperatura crítica, mas o que eles mostraram apenas indica que o contato por onde a corrente é injetada provavelmente estava interrompido
Pelos meus critérios, isso não passa na verificação básica. Também expliquei no Reddit por que acho que não faz sentido
A única forma de isso se sustentar seria se tudo tivesse sido fabricado; nesse caso, seria preciso deixar todas as possibilidades em aberto
Sobre as outras partes, não sei dizer bem, mas a 1b não faz sentido a um nível que qualquer pessoa com um pouco de conhecimento perceberia, então a veracidade do restante também é muito duvidosa
Não sei até que ponto é significativo ele dizer que “estuda o mecanismo de MIT em sistemas fortemente correlacionados, o mecanismo de Tc alto em supercondutores de óxido de cobre, dispositivos MIT e transistores quânticos”
https://www.quora.com/profile/Hyun-Tak-Kim?share=1
Um ponto interessante que vi no Twitter: nos dois artigos publicados, os dois primeiros autores são “Lee” e “JH Kim”, e eles estão ligados ao nome do material LK-99
O primeiro artigo foi publicado por YW Kwon, colocando-se como terceiro autor, e o segundo foi publicado algumas horas depois por Hyun-Tak Kim, colocando-se como terceiro autor
Considerando que no máximo 3 pessoas podem receber o Nobel, é possível que todos vejam esse resultado como digno de Prêmio Nobel, e que esses artigos não tenham ficado suficientemente completos ou rigorosos por causa de drama/competição de publicação
YW Kwon pode ter publicado sem permissão para colocar seu nome, e por isso Hyun-Tak pode ter subido às pressas sua própria versão algumas horas depois
Isso me lembra o artigo de mais de dez anos atrás que dizia ter medido neutrinos mais rápidos que a luz
Na época, os autores deixaram claro algo como: “provavelmente estamos errados, mas não sabemos onde cometemos o erro. E se estivermos certos e tivermos derrubado a teoria da relatividade?”
No fim, aquilo era um erro de medição [1]
Este caso também pode ser assim, mas o fato de os autores principais terem publicado duas versões do artigo, e de uma delas trazer apenas três nomes — aparentemente porque o Nobel é concedido a no máximo três pessoas — parece mostrar menos humildade ou vulnerabilidade do que naquele caso
Ainda assim, espero que eles estejam certos
[1] https://www.nature.com/articles/nature.2012.10099
Ele se parece com a longa linhagem de alegações do tipo “desta vez é de verdade, um supercondutor em temperatura e pressão padrão!”, mas é diferente de uma descoberta que entra em conflito com o modelo físico atual
O thread “The first room-temperature ambient-pressure superconductor?”, que já recebeu muitas recomendações e discussão, ainda mal caiu para a página 2: https://news.ycombinator.com/item?id=36864624
Mesmo assim, este tema é excepcionalmente interessante e ainda está em andamento, e as explicações de Lowe costumam ser bem-vindas no HN e receber boa reação, então desta vez parece que alguma duplicação pode ser justificada
Este vídeo que mostra o efeito Meissner parece ser o mais fácil de reproduzir: https://sciencecast.org/casts/suc384jly50n
Bastaria enviar a amostra para outro laboratório e colocá-la sobre um ímã grande
Até onde sei, as explicações para esse fenômeno seriam supercondutividade à temperatura ambiente ou forte diamagnetismo; mesmo a segunda opção já seria bem interessante
https://scitoys.com/scitoys/scitoys/magnets/pyrolytic_graphi...
https://youtu.be/Wk3seHNmNs8
Se a expectativa é que esse material possa ser sintetizado quase facilmente, fico me perguntando por que o grupo original não validou uma de suas amostras com uma instituição externa independente antes de publicar no arXiv
Será que havia alguma circunstância interna ou pressão para divulgar agora?
Não sei se eles trabalharam em segredo por dois anos após o depósito da patente e divulgaram às pressas porque o risco de vazamento aumentou, ou se já obtiveram confirmação externa independente, mas acharam que não havia necessidade de compartilhar porque estavam confiantes de que em breve todos conseguiriam reproduzir
Caso contrário, eu imaginaria que teriam preparado com antecedência 100 amostras para enviar a qualquer pessoa que quisesse verificar
O externo independente que eles escolheram parece ser Hyun-Tak Kim
Agora está aberto para que todos possam testar, então, se for real, saberemos em breve
Se estavam preocupados com vazamentos, também foi uma jogada inteligente por colocar o controle da notícia nas mãos deles
Um ponto estranho que ainda não foi muito discutido é que a capacidade térmica do LK-99 relatada diminui acima de 250 K. Isso é bastante incomum, e fico me perguntando se houve alguma explicação sobre isso
“Trabalho nesta área e não acreditamos em uma palavra disso. O conjunto de dados da Figura 4(b) também vale uma olhada. É muito incomum que a capacidade térmica volte a diminuir em altas temperaturas. Em baixas temperaturas isso pode acontecer, mas em altas não. Pessoalmente, acho que os autores mediram um isolante, de modo que não houve fluxo de corrente e, portanto, também não surgiu tensão (medição de quatro terminais). Isso pode fazer com que pareça um supercondutor. Mas, ao aumentar a corrente, ou seja, a tensão aplicada, pode ocorrer ruptura dielétrica e a corrente começar a fluir. Isso explicaria o aumento abrupto”
O mais estranho é que esse material parece ter sido desenvolvido alguns anos atrás, o vídeo do pedaço flutuando foi publicado há 3 meses, e aparentemente produzir amostras adicionais também seria fácil, mas o artigo parece ter sido feito às pressas em menos de uma semana
É possível que o inglês não seja a língua nativa dos autores, mas a forma como as figuras são apresentadas também não é boa
Também não parece que, nesse período, tenham feito experimentos de alta qualidade. Se eu tivesse descoberto um material quase mágico capaz de mudar o mundo, imagino que teria me esforçado muito mais do que isso para fazer bons experimentos o quanto antes e publicar um bom artigo
O vídeo de baixa qualidade e os gráficos malfeitos lembram a fraude de Victor Ninov
Quem teria mais incentivo para parecer o mais convincente possível: um fraudador, ou um futuro ganhador do Nobel que detém uma patente de uma tecnologia capaz de abalar o mundo?
No primeiro caso, para a fraude dar certo, o leitor precisa acreditar; no segundo, a verdade logo ficará evidente, então há menos necessidade disso
O objetivo pode ser ocultar dados, sejam eles falsos ou reais
Se for falso, fico curioso sobre a história por trás. Mesmo que não tenha sido intencional, isso deve causar danos graves à carreira dos envolvidos; se foi intencional, acho que vira algo no nível de “procurar emprego em outra área”
Se foi intencional, como poderiam achar que não seriam pegos? Se não foi intencional, como puderam publicar uma alegação tão extraordinária sem ter certeza absoluta do que estava acontecendo?
Se foi uma “corrida para publicar”, por que não destacaram isso bastante no artigo e não o encheram de pistas e ressalvas? Além disso, por este comentário, parece que pelo menos ficou guardado por bastante tempo
Nenhuma das opções parece plausível, mas no fim uma delas precisa ser verdadeira. Para o bem de todos, espero que seja exatamente como está escrito