- Em parte das amostras de apatita de chumbo dopada com Cu Pb10-xCux(PO4)6O, foi observada resistência zero a 110 K, tornando-as um novo alvo de verificação adicional para a alegação de supercondutividade em temperatura e pressão ambientes
- A síntese usa sinterização em estado sólido com Lanarkite Pb2(SO4)O ou Pb3O2SO4 e Cu3P, e na comparação entre S1~S4, a proporção da mistura influenciou mais o resultado do que o tipo de precursor
- No XRD, S1 mostrou um padrão de difração semelhante ao da amostra do arXiv 2307.12037, e a ausência de um pico claro de CuS2 foi usada como evidência da síntese do material-alvo
- Mesmo dentro de S1, dependendo do fragmento, houve divisão entre resistência zero a 110 K e comportamento semicondutor, e acima de 250 K apareceram saltos de resistência de causa ainda desconhecida
- A resistência zero foi mantida mesmo sob campo magnético de 0~9 T, mas como não foi observado sinal de Meissner, a fração volumétrica supercondutora pode ser pequena ou ainda exigir confirmação adicional
Contexto da busca por supercondutividade em temperatura e pressão ambientes
- A supercondutividade foi observada pela primeira vez em 1911 e depois levou a aplicações como MRI e aceleradores de partículas, mas a principal limitação que impede um uso mais amplo são as condições de temperatura ultrabaixa
- A busca por supercondutores de alta temperatura já dura mais de 100 anos, e os principais casos na literatura incluem:
- Supercondutores de óxido de cobre apresentam Tc acima de 150 K
- Supercondutores à base de ferro apresentam Tc acima de 50 K
- SH3 teve Tc de cerca de 203 K reportado a 155 GPa
- YH9 e LaH10 tiveram supercondutividade reportada em cerca de 200 GPa, com 243 K e 260 K, respectivamente
- Em março de 2023, Gammon et al. relataram evidências de supercondutividade em lutetium-hydrogen-nitrogen sob condição quase ambiente de 1 GPa, mas a controvérsia sobre a confiabilidade continua
- Um supercondutor em temperatura e pressão ambientes ainda não foi confirmado, e recentemente foi reportada supercondutividade à temperatura ambiente em Pb10-xCux(PO4)6O com Tc de cerca de 400 K, aumentando a necessidade de verificação independente
Síntese das amostras de Pb10-xCux(PO4)6O
- As amostras policristalinas de Pb10-xCux(PO4)6O foram produzidas por sinterização em estado sólido
- A primeira etapa foi a síntese dos precursores Lanarkite e Cu3P
- Para obter Lanarkite, pó de Pb(SO)4 e pó de PbO foram misturados em proporção estequiométrica 1:1 e moídos por 1 hora
- A mistura foi dividida entre um tubo de quartzo de alto vácuo e um cadinho de alumina ao ar, aquecida até 725℃ a 3 ℃/min e mantida por 24 horas
- A mistura sinterizada ao ar se transformou na fase Pb3O2SO4, enquanto a mistura no tubo de quartzo em alto vácuo se transformou na fase Pb2(SO4)O
- O Cu3P foi obtido misturando Cu e P em razão molar 3:1 em glovebox com argônio, selando em tubo de quartzo de alto vácuo e aquecendo até 550℃ a 3 ℃/min por 48 horas
- Para a síntese do material-alvo, foram comparadas quatro condições
- S1: 2Pb2(SO4)O + 2Cu3P
- S2: 2Pb3O2SO4 + 2Cu3P
- S3: 4.5Pb2(SO4)O + 6Cu3P
- S4: 4.5Pb3O2SO4 + 6Cu3P
- A mistura e a moagem foram realizadas em glovebox com argônio, e a mistura foi comprimida a 6 GPa em blocos cilíndricos de 8 mm antes de ser selada em tubo de quartzo de alto vácuo
- Os pellets foram aquecidos até 925℃ a 1.5 ℃/min, mantidos por 10 ou 20 horas e depois resfriados para formar o produto-alvo
Base para a escolha de S1 a partir de XRD
- A análise da estrutura cristalina utilizou XRD com radiação Cu-Kα
- Os dados de XRD do precursor Cu3P coincidiram completamente com o cartão PDF padrão, sendo avaliados como uma fase pura sem impurezas
- A mistura de Pb(SO)4 e PbO formou fases diferentes dependendo da atmosfera de sinterização
- Na sinterização em vácuo, foi observado Pb2(SO4)O
- Na sinterização ao ar, foi observado Pb3O2SO4
- As posições dos picos de XRD de S1 e S2 foram iguais entre si, e as de S3 e S4 também, indicando que o fato de o precursor ser Pb2(SO4)O ou Pb3O2SO4 teve impacto limitado no produto-alvo
- Em contraste, os picos de S1 e S3, assim como os de S2 e S4, foram quase totalmente diferentes, mostrando que a proporção dos precursores foi a variável-chave que determinou o resultado da síntese
- O padrão de XRD de S1 coincidiu com a amostra da ref. [21], e como não apareceu um pico evidente de CuS2, isso foi usado como base para sustentar a síntese de Pb10-xCux(PO4)6O
Sinais contraditórios observados na resistência elétrica
- As medições de propriedades físicas foram feitas dividindo a amostra S1 em vários pequenos fragmentos
- A amostra quebrava com facilidade, dificultando o corte em formas regulares, e apenas alguns pequenos fragmentos foram selecionados para medição
- Na resistência dependente da temperatura medida pelo método padrão de 4 pontas, foi observada uma característica clara de resistência zero em 110 K em um fragmento de S1
- Esse resultado foi interpretado como um sinal de possível supercondutividade
- Outros fragmentos da mesma S1 mostraram comportamento semicondutor consistente com a literatura [22]
- Acima de 250 K apareceram dois grandes saltos de resistência, e as curvas de aquecimento e resfriamento coincidiram completamente
- A causa dos saltos de resistência não está clara, e permanece a possibilidade de influência do contato dos eletrodos
Medições sob campo magnético e tarefas de verificação restantes
- A resistência dependente da temperatura de S1 foi medida sob campos magnéticos de 0~9 T
- À medida que o campo magnético aumentou até 5 T, o Tc onset foi gradualmente suprimido, mas o Tc zero ainda permaneceu acima de 110 K
- Quando o campo magnético aumentou para 7 T ou mais, a tendência da resistência se tornou anômala, mostrando um comportamento oposto ao de supercondutores comuns, nos quais o campo magnético externo simplesmente reduz a temperatura crítica
- A razão específica desse comportamento anômalo exige estudos adicionais
- Como a resistência zero permaneceu robusta mesmo sob campo magnético, é possível que esse material tenha um campo magnético crítico superior elevado
- Nas medições magnéticas para confirmar melhor as propriedades supercondutoras, não foi observado um sinal de Meissner claro
- A ausência do sinal de Meissner sugere que a fração volumétrica supercondutora da amostra pode ser muito pequena
- A fabricação de amostras de alta pureza continua difícil, e ainda não foi confirmado qual componente é responsável pela resistência zero ou pela supercondutividade
- Também permanece em aberto se o Tc pode subir até a temperatura ambiente
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Resumindo até agora, nas tentativas de reproduzir a alegação de que se obteve um supercondutor em temperatura ambiente (~300 K), a documentação do método de fabricação é tão precária que só algumas amostras exibem propriedades interessantes, e mesmo nelas os resultados divergem.
Ainda há pouquíssimas tentativas que tenham demonstrado por completo todo o conjunto de propriedades e comportamentos que um verdadeiro supercondutor deveria exibir em temperatura ambiente, mas esse tipo de experimento leva tempo, então isso por si só não é um sinal de problema.
Pessoalmente, acho mais provável que seja algo interessante ainda mal compreendido; no melhor caso, a amostra original do laboratório coreano teve sorte na síntese e era de fato um supercondutor em temperatura ambiente; no pior, temos apenas mais uma classe de supercondutor de alta temperatura, mais quente que nitrogênio líquido, mas com aplicações limitadas.
Fiquei até surpreso com o número tão pequeno de pessoas céticas em relação aos resultados nas threads permanentes sobre o LK-99.
Para algo improvisado em poucos dias, funciona bem, mas a amostra é muito heterogênea, o que dificulta muito as medições e a interpretação, então precisa de melhorias consideráveis.
As propriedades desse material dificilmente serão totalmente esclarecidas até alguém conseguir crescer um monocristal, e desenvolver esse processo pode levar de meses a anos.
Mas essa característica talvez seja ainda mais interessante para a microeletrônica, especialmente se a resistência perpendicular à direção supercondutora for alta, partindo do pressuposto de que isso seja possível.
Se há algo ali, parece que ao menos encontraram um material interessante; considerando que pesquisas teóricas recentes dão suporte à alegação e também a discussão de que é difícil formar um material aparentemente supercondutor, eu diria que, embora o processo precise ser muito refinado, o potencial de um supercondutor em temperatura e pressão ambiente foi reivindicado experimentalmente e também mostrado teoricamente.
Expressões como “o trabalho é tosco” e “o método não é refinado” são usadas como se fossem prova de negação, mas na verdade estão mais para prova de que a ciência avança por vários métodos e técnicas, que nenhum deles sozinho basta e que todos são necessários.
Para comparação, segundo esta página da Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/High-temperature_superconducti...), a maior temperatura atual para um supercondutor em pressão ambiente é de cerca de 138 K (-135 °C).
Não sou especialista, mas, pelo meu entendimento limitado, se esse resultado for confirmado, mesmo estando longe da temperatura ambiente, o LK-99 se torna uma descoberta bastante interessante na área de supercondutores.
Quando um novo supercondutor é verificado, muitas vezes se encontram formas de elevar a temperatura ou otimizar outras características; portanto, é positivo que ao menos o LK-99 não seja “nada”, e, somando isso a estudos recentes de simulação, minha estimativa bayesiana pessoal e grosseira de que o LK-99 ou materiais derivados relacionados sejam um passo significativo rumo a um supercondutor em temperatura ambiente aumentou.
No mínimo, isso significa que o LK-99 está no mesmo nível de outros materiais, e, como sua composição química difere da dos demais na tabela (por exemplo, por ser à base de chumbo), é bem possível que haja muitos fenômenos novos a aprender, entender e otimizar.
Se este laboratório obteve esses resultados em poucas semanas, laboratórios com equipamentos mais especializados e dedicação integral talvez consigam resultados melhores e elevem ainda mais o patamar.
Olhando o gráfico principal de temperatura versus resistência, não acho que esses dados sustentem a conclusão de que se trata de um supercondutor.
Os gráficos de temperatura versus resistência de supercondutores que vi até agora tinham um corte bastante abrupto na temperatura crítica, isto é, uma linha vertical bem nítida; aqui, embora a escala logarítmica dificulte a intuição, parece uma transição que entra gradualmente na faixa de ruído.
Além disso, normalmente também se vê a temperatura crítica variar conforme o campo magnético aplicado, mas aqui não há uma mudança clara na temperatura crítica aparente.
Este resultado dá a impressão de não perguntar “isso é um supercondutor?”, mas sim de assumir necessariamente que o material é um supercondutor e analisar todos os dados sob essa premissa.
À medida que as regiões supercondutoras aumentam na amostra, pode surgir um caminho supercondutor entre as sondas, e a resistência pode diminuir progressivamente até chegar a zero.
A página da Wikipédia sobre o LK-99 tem uma tabela de acompanhamento das tentativas de reprodução com fontes, o que é muito útil: https://en.wikipedia.org/wiki/LK-99
Só que não a citaram como fonte, provavelmente porque não consideram o SpaceBattles uma fonte suficientemente especializada
Ultimamente tenho visto bastante no HN um clima do tipo “se isso não for real, por que os laboratórios anunciariam, se não têm nada a ganhar?” e “alegar falsamente uma reprodução acabaria com a carreira dos pesquisadores”. Eu também quero acreditar, mas um pouco de ceticismo é necessário nesse clima superaquecido
“Acabar com a carreira” depende do caso. Se alguém publicou números totalmente falsos ou um vídeo deliberadamente falso, claro que seria fatal, mas por enquanto isso não passou por revisão por pares e ainda pode ser retirado. Se for uma amostra contaminada, basta retirar; se for uma metodologia de medição ruim, basta retirar. A lembrança de ter publicado inicialmente um artigo controverso vai ficar, mas, enquanto não for comprovada manipulação, muita coisa pode ser tratada como “erro honesto”
“Não há nada a ganhar” também não está certo. A ciência deveria ser objetiva, mas as agências que distribuem financiamento não são. Mesmo que não seja um cara ou coroa completo como investimento de venture capital, muitas vezes a equipe e o histórico “certos” importam tanto quanto a própria ideia. Uma forma de obter esse histórico é ombrear-se com gigantes, e uma forma de conseguir uma boa equipe é atrair talentos com alta visibilidade
No fim, se mais tarde o LK-99 se revelar um supercondutor pelas mãos de outra pessoa, há muito a ganhar mesmo que a pesquisa inicial deles não seja perfeita
Se a equipe sintetizou algo que se parece com LK-99 e não é supercondutor, mas tem propriedades um pouco incomuns, ela precisa escolher entre fazer mais experimentos de controle para verificar se é contaminação, erro de processo ou uma combinação dos dois, ou publicar no ArXiv um artigo ambíguo e caça-cliques e torcer para que outros resultados se encaixem em alguma medida
Não estou dizendo que este artigo ou outros artigos apresentaram resultados deliberadamente falsos ou enganosos, mas cientistas também são pessoas: seguem modas, têm medo de ficar de fora e às vezes veem o que querem ver. Grandes alegações exigem grandes evidências, e ainda não temos esse tipo de evidência, mas isso também não significa que não haja alguma verdade dentro de uma grande alegação
Em um assunto com tanta atenção, fazer um anúncio público por erro de fabricação e depois retirá-lo não tem como não afetar a carreira. É parecido com um biólogo dizer que encontrou evidências de vida extraterrestre e depois se retratar; se fosse eu, acho que pensaria até em cometer seppuku
Olhando o gráfico de resistência-temperatura, é confuso porque ele não mostra resistência zero a 110 K, mas sim que a resistência caiu tanto a 110 K que encostou no piso de ruído do equipamento
É forçado chamar isso de supercondutividade, porque, se fosse supercondutor, teria de ser realmente zero, no sentido de “colocar corrente em um anel feito desse material e voltar um ano depois para encontrá-la ainda lá”
Um decaimento exponencial alcança rapidamente até valores não nulos muito pequenos. Ainda assim, é interessante que a resistividade caia exponencialmente, e não sei se isso é incomum ou significativo. A queda estranha perto de 230 K também precisa ser explicada
Claro que todo experimento de física tem piso de ruído e erro finito, e as sondas e as interfaces sonda-amostra também têm resistência não nula, então não é possível medir exatamente resistência zero
Mas, se a resistência cai como no gráfico e depois de repente se estabiliza em um valor muito pequeno, porém não zero, isso seria uma coincidência enorme. Para explicar isso, talvez fosse necessária uma física totalmente nova, e seria uma notícia muito maior do que um simples supercondutor com temperatura crítica de 110 K
Muito parecido com o que aconteceu depois de Fleischmann & Pons. Os laboratórios que tentaram reproduzir viram uma propriedade aqui, outra ali, mas, no conjunto, nunca surgiu uma imagem clara
Aqui dizem que é um supercondutor à temperatura ambiente, mas ele não é supercondutor à temperatura ambiente, é uma amostra na qual o efeito Meissner não foi medido em nenhuma temperatura, e os próprios autores admitem que algumas (ou muitas) amostras saíram como semicondutoras
Além disso, eles não explicam suficientemente como mediram a resistência. Sabemos que a corrente foi de 1 mA, mas com que equipamento e em que configuração? Medir resistências muito pequenas é difícil, então é preciso mais informação
Fleischmann & Pons não tinham respaldo teórico; era essencialmente “medimos alguma coisa e não sabemos o que está acontecendo”. O LK-99 está mais para “em teoria, há possibilidade de acontecer algo interessante, e acreditamos ter medido isso em algumas amostras, mas não conseguimos reproduzir de forma confiável”
Ainda assim, pelo menos uma das perguntas sobre o equipamento está respondida no artigo. É o Physical Property Measurement System (PPMS) da Quantum Design Inc., e pelas fotos fica claro que usaram um fixture de teste de resistência DC
https://www.qdusa.com/products/ppms.html
https://www.qdusa.com/products/ppms.html
Ainda assim, há muitas outras dúvidas, como por que eles só mostram a resistência chegando ao piso de ruído e não calculam a resistividade de folha
A universidade praticamente os pressionou a divulgar os resultados, mas foi cedo demais; deveriam ter esperado uns 10 anos. Antes disso, ambos eram pesquisadores de ponta 100% legítimos e, mesmo depois do escândalo, muitos cientistas continuaram pesquisando caminhos iniciados pelo experimento original de F&P, embora sem grande sucesso
O LK-99 também pode gerar mais pesquisas depois de falhar na reprodução dentro de um mês, mas provavelmente não parece que vá levar ao Santo Graal
Estou vendo este artigo com bastante conservadorismo. O gráfico da Fig. 3a marca $T_c^{zero}$ como 110 K, mas a resistência “0” na verdade é apenas 1e-5 Ω, e, mesmo que haja possibilidade de a amostra ser supercondutora, a temperatura crítica de qualquer forma seria muito menor que 110 K
Entendo que seja difícil obter uma amostra grande, mas o rótulo desse gráfico é bem enganoso
Na medição Kelvin de 4 fios, a corrente de medição era de 1 mA, e a leitura de tensão nas extremidades do material era de cerca de 1 a 10 nanovolts, uma escala que até os melhores voltímetros de uso geral do mundo mal conseguem medir
Parece que os autores consideraram a queda de tensão desprezível, somada à queda abrupta e ao achatamento da curva resistência-temperatura, como um indício suficientemente convincente de supercondutividade. Espero que equipes posteriores façam testes mais rigorosos
A queda da resistência também não parece uma transição de fase típica, e a faixa de temperatura é ampla demais. Os terminais de tensão talvez não estivessem bem conectados à região da amostra por onde a corrente realmente passa; nesse caso, ao resfriar a amostra, mesmo que a resistência real aumente, a tensão medida — e portanto a “resistência” — pode diminuir
Teria sido interessante se eles também tivessem incluído a resistência de 2 pontos entre os terminais de corrente
É um sinal de tensão bastante pequeno, em nível semelhante ao ruído RMS de um amplificador de instrumentação comum estabilizado por chopper perto de DC à temperatura ambiente
Não sei bem se uma corrente mais alta seria razoável; dá para resfriar o amplificador de precisão para reduzir a figura de ruído, mas aí também seriam necessários isolamento óptico e alimentação por bateria
https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/...
Não entendo muito de física, mas um verdadeiro condutor de resistência 0 parece violar algo como as leis da termodinâmica
Um supercondutor tem mesmo impedância 0, ou é só algo extremamente baixo? Nesses gráficos, o piso do eixo y aparece como algo tipo “0,00001 ohm”
Só ainda não foi descoberto e, dentro do conceito que entendemos como “resistência”, é de fato resistência 0
A própria condução também não é trabalho; é só condução
Pode haver uma resistência minúscula por causa de contatos e impurezas, mas, por exemplo, ela não aumenta proporcionalmente ao comprimento do fio
Como isso é possível fica relativamente simples se você aceitar a estranheza da mecânica quântica. Um dos princípios básicos da mecânica quântica é que pelo menos a maior parte das coisas é quantizada e, em especial, que a energia dos estados existe apenas em quantidades discretas. É também por isso que surgem as órbitas dos elétrons nos átomos
Elétrons só podem ter certos valores, sem estados intermediários; por isso, ao se moverem entre órbitas, precisam absorver ou emitir exatamente aquela diferença de energia. Dá para ver isso de fato em materiais fosforescentes, como mostradores luminosos de relógios: fótons de luz vermelha têm energia baixa demais para “carregar”, enquanto luz verde ou azul conseguem, e, seja qual for a luz usada para carregar, eles sempre brilham na mesma cor
A resistência que um elétron encontra ao se mover dentro de um condutor também é quantizada. Em um supercondutor, surge uma situação em que o material não consegue absorver a quantidade de energia que o elétron poderia emitir, e a interação precisa disso. Como resultado, não há interação e não há resistência
Como analogia, é como tentar comprar uma água de 1 dólar com uma nota de 100 dólares. Ninguém quer devolver 99 dólares de troco, e você também não pode pagar 100 dólares por uma garrafa de água; então, mesmo tendo dinheiro, não consegue comprá-la
Simplificando muito, é assim que funcionam a supercondutividade e a superfluidez. Agora o problema é preparar as condições em que a supercondutividade seja possível, e uma forma é resfriar o material a temperaturas extremas. Todos os metais se tornam supercondutores quando a temperatura chega suficientemente perto de 0, mas normalmente abaixo de alguns kelvin, às vezes em frações de kelvin. Por isso foi um grande acontecimento quando surgiram os primeiros materiais compostos que mostravam esse efeito em temperaturas mais altas, e desde então a caça por materiais melhores continua
A amostra usada não apresentou efeito Meissner, mas é digno de nota que tenha mostrado supercondutividade por volta de 100 K
“Para verificar melhor as propriedades supercondutoras, realizamos medições magnéticas na amostra, mas infelizmente não foi observado um sinal Meissner claro, o que sugere que a fração volumétrica supercondutora da amostra pode ser muito pequena. A preparação de amostras de alta pureza ainda é um desafio difícil”
O primeiro artigo decisivo terá que mostrar a transição supercondutora tanto na resistividade elétrica quanto na magnetização