Cientistas descobriram um novo supercondutor à temperatura ambiente

Nesta semana, os cientistas anunciaram um avanço emocionante em direção ao sonho de um material que pode facilmente conduzir eletricidade em condições cotidianas. Um avanço como esse pode transformar praticamente qualquer tecnologia que use energia elétrica, abrindo novas possibilidades para seu telefone, trens magnéticos e futuras estações de fusão de energia.

Normalmente, o fluxo de eletricidade encontra resistência à medida que se move pelos fios, quase como uma forma de fricção, e parte da energia é perdida na forma de calor. Há um século, os físicos descobriram materiais, agora chamados de supercondutores, nos quais a resistência elétrica parecia desaparecer magicamente. Mas esses materiais só perdiam sua resistência em temperaturas muito frias, o que limitava as aplicações práticas. Durante décadas, os cientistas buscaram supercondutores que operassem em temperatura ambiente.

O anúncio desta semana é a mais recente tentativa nesse esforço, mas vem de uma equipe que enfrenta ceticismo generalizado porque um artigo de 2020 descrevendo um material supercondutor como promissor, mas menos prático. recuar Depois que outros cientistas questionaram alguns dos dados.

O novo supercondutor é feito de lutécio, um metal de terras raras, e hidrogênio com um pouco de nitrogênio misturado. Ele precisa de uma pressão de 14.500 psi antes de ganhar sua proeza supercondutora. Isso é cerca de 10 vezes a pressão exercida no fundo das fossas oceânicas mais profundas.

Mas também é menos de um centésimo do que o resultado de 2020 exigia, o que era semelhante às forças de fratura encontradas a vários milhares de quilômetros de profundidade na Terra. Isso indica que investigações adicionais do material podem levar a um supercondutor que opera em temperatura ambiente e na pressão atmosférica típica de 14,7 psi.

“Este é o começo de um novo tipo de material útil para aplicações práticas”, disse Ranga P. Dias, professor de engenharia mecânica e física da Universidade de Rochester, em Nova York, a uma sala cheia de cientistas na terça-feira. Em uma reunião da American Physical Society em Las Vegas.

Foi uma contabilidade completa dos resultados de sua equipe Publicado na quarta-feira na Natureque é o mesmo periódico que publicou e depois retratou os resultados de 2020.

A equipe em Rochester começou com flocos minúsculos e finos de lutécio, um metal branco prateado que está entre os mais raros dos elementos de terras raras, e o comprimiu entre dois diamantes entrelaçados. Em seguida, um gás de 99% de hidrogênio e 1% de nitrogênio foi bombeado para a pequena câmara e comprimido a altas pressões. A amostra foi aquecida durante a noite a 150 graus Fahrenheit e, após 24 horas, a pressão foi liberada.

Cerca de um terço das vezes, o processo produziu o resultado desejado: um minúsculo cristal azul vibrante. “Não é tão fácil obter o nitrogênio em hidreto de lutécio”, disse o Dr. Dias.

Em uma sala de laboratório da Universidade de Rochester usada pelo grupo do Dr. Dias, a estudante de pós-graduação Hiranya Basan demonstrou a surpreendente propriedade variável dos materiais durante a visita de um repórter na semana passada. À medida que os parafusos foram apertados para aumentar a pressão, o azul ficou corado.

“É muito rosa”, disse o Dr. Dias. Com pressões mais altas, disse ele, “fica vermelho brilhante”.

O brilho de um laser através dos cristais revelou como eles vibram e revelaram informações sobre a estrutura.

Em outra sala, outros membros da equipe de Dias faziam medições magnéticas em outros cristais. À medida que as temperaturas caíam, os gnomos projetados apareciam nos dados plotados na tela do computador, indicando a transição para um supercondutor.

“Essa é uma medição direta que estamos fazendo agora”, disse o Dr. Dias.

No artigo, os pesquisadores relatam que os cristais rosa exibiram propriedades-chave de supercondutores, como resistência zero, em temperaturas de até 70 graus Fahrenheit.

“Estou cautelosamente otimista”, disse Timothy Strobel, cientista da Carnegie Institution for Science, em Washington, que não participou do estudo de Dias. “Os dados no jornal parecem ótimos.”

“Se isso for real, é um avanço muito, muito importante”, disse Paul CW Chu, professor de física da Universidade de Houston, que também não participou da pesquisa.

No entanto, a parte “se” desse sentimento gira em torno do Dr. Dias, que é perseguido pelo ceticismo, críticas e até acusações de alguns cientistas de que ele fabricou alguns de seus dados. As descobertas do artigo da Nature de 2020 não foram reproduzidas por outros grupos de pesquisa, e os críticos dizem que Dias demorou a permitir que outros examinassem seus dados ou conduzissem análises independentes de seus supercondutores.

Os editores da Nature retrataram o artigo anterior no ano passado, apesar das objeções do Dr. Dias e dos outros autores.

“Perdi um pouco a fé no que vem desse grupo”, disse James Hamlin, professor de física da Universidade da Flórida.

No entanto, o novo artigo passou no processo de revisão por pares no mesmo periódico.

Uma porta-voz da Nature disse: “A retirada de um trabalho de pesquisa não desqualifica automaticamente o autor de enviar novos manuscritos”. “Todos os manuscritos enviados são considerados de forma independente com base na qualidade e pontualidade de seu conhecimento.”

Na conferência de terça-feira em Las Vegas, tantos físicos lotaram uma sala de conferências apertada que um moderador pediu a alguns que saíssem para não ter que cancelar a apresentação. Uma vez que a sala foi reduzida, o Dr. Dias pôde apresentar suas descobertas sem interrupção. Enquanto agradecia a multidão, o moderador lamentou que eles tivessem ficado sem tempo para fazer perguntas.

O Dr. Strobel reconheceu a contínua controvérsia em torno do Dr. Dias e as reivindicações incomuns anteriores que ainda não foram reproduzidas.

“Eu não quero ler muito sobre isso, mas pode haver um padrão de comportamento aqui”, disse Strobel. “Ele realmente pode ser o melhor físico hiperbárico do mundo, prestes a ganhar um Prêmio Nobel. Ou alguma outra coisa está acontecendo.”

sob pressão

A supercondutividade foi descoberta pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes e sua equipe em 1911. Os supercondutores não apenas carregam eletricidade com resistência elétrica zero, mas também possuem uma estranha habilidade conhecida como efeito Meissner que garante que não haja campo magnético dentro de um material. .

Os primeiros supercondutores conhecidos exigiam temperaturas um pouco acima do zero absoluto, ou 459,67 graus Fahrenheit negativos. Na década de 1980, os físicos descobriram os chamados supercondutores de alta temperatura, mas mesmo esses supercondutores se tornam em condições muito mais frias do que as que encontramos no uso diário.

A teoria padrão que explica a supercondutividade prevê que o hidrogênio deve ser supercondutor em temperaturas mais altas se puder ser comprimido com força suficiente. Mas mesmo o diamante mais resistente quebra antes de atingir tensões dessa magnitude. Os cientistas começaram a observar o hidrogênio misturado com outro elemento, pensando que as ligações químicas poderiam ajudar a comprimir os átomos de hidrogênio.

Em 2015, Mikhail Eremets, físico do Instituto Max Planck de Química em Mainz, Alemanha, relatou que o sulfeto de hidrogênio – uma molécula composta por dois átomos de hidrogênio e um átomo de enxofre – se transformava em um supercondutor a 94 graus Fahrenheit sob pressão quando comprimido para cerca de 22 minutos. libras por polegada quadrada. Esta foi uma alta temperatura recorde para um supercondutor na época.

O Dr. Eremets e outros cientistas descobriram mais tarde que o hidreto de lantânio – um composto contendo hidrogênio e lantânio – atingiu uma temperatura supercondutora de menos de 10 graus Fahrenheit sob pressões muito altas.

Na pesquisa descrita no artigo retirado de 2020, o grupo do Dr. Dias usou hidrogênio, enxofre e carbono. Os cientistas disseram que, por meio de três elementos, conseguiram ajustar as propriedades eletrônicas do composto para atingir uma supercondutividade em alta temperatura.

No entanto, nem todos acreditaram.

O principal adversário de Dias é Jorge Hirsch, físico teórico da Universidade da Califórnia, em San Diego. Ele se concentrou nas medições feitas pelo grupo do Dr. Dias da resposta de um composto de carbono, enxofre e hidrogênio a campos magnéticos flutuantes, o que é uma evidência do efeito Meissner. A trama no jornal parecia muito limpa, e os cientistas não explicaram como excluíram as influências de fundo na trama.

Quando o Dr. Dias divulgou os dados brutos subjacentes, disse o Dr. Hirsch, sua análise indicou que eles foram gerados por uma fórmula matemática e não poderiam ser realmente medidos em um experimento. “Com a analogia, você não obtém fórmulas analíticas”, disse o Dr. Hirsch. “Você obtém números com ruído.”

Suas queixas sobre o Dr. Dias tornaram-se tão persistentes e intensas que outros no campo circularam uma carta reclamando das décadas de comportamento perturbador do Dr. Hirsch.

O Dr. Hirsch é um vendedor de porcelana que visa a teoria BCS, que foi desenvolvida em 1957 por três físicos – John Bardeen, Leon N. Cooper e J. Robert Shriver – para explicar como funciona a supercondutividade. De muitas maneiras, diz ele, o BCS é uma “mentira”, incapaz de explicar o efeito Meissner. Ele veio com sua própria explicação alternativa.

Notavelmente, o Dr. Hirsch estava dizendo que não pode haver supercondutividade em nenhum desses materiais de alta pressão porque o hidrogênio não pode ser um supercondutor. Ele ganhou poucos aliados.

Embora o Dr. Hirsch tenha o cuidado de dizer que outros cientistas além do Dr. Dias não cometem má conduta, ele diz que eles estão se enganando.

“Na minha opinião, fragmentos tornam-se conclusões”, disse ele.

resistência e reprodução

O Dr. Hamlin, da Universidade da Flórida, também investigou as medições magnéticas e disse que parecia que os dados brutos foram derivados de dados publicados, e não o contrário.

Dr. Hamlin também ficou perturbado ao descobrir que várias passagens de sua tese de doutorado, que ele escreveu em 2007, apareceram, palavra por palavra, na tese do Dr. Dias.

D recusa. Dias continuou com as críticas e diz que seu grupo deu explicações. “Parecia apenas um ruído de fundo”, disse ele. “Estamos tentando continuar avançando nossa ciência.”

Ele disse que ainda mantém as descobertas anteriores e que o jornal de quarta-feira usou uma nova técnica para as medições magnéticas. Ele disse que o artigo passou por cinco rodadas de escrutínio por revisores e que todos os dados brutos por trás das descobertas foram compartilhados.

“Está de volta à natureza novamente”, disse o Dr. Dias. “Então isso diz algo a você.”

Após duas investigações universitárias, Sarah Miller, porta-voz da Universidade de Rochester, disse: “Foi determinado que não há evidências para apoiar essas preocupações”. Ele também disse que a universidade “considerou a questão de retirar o artigo da Nature em setembro de 2022 e chegou à mesma conclusão”.

Quanto à transcrição da dissertação de doutorado do Dr. Hamlin, o Dr. Dias disse que deveria ter incluído citações. “Foi minha culpa”, disse o Dr. Dias.

Refaça as medições de pré-impressão de carbono, enxofre e hidrogênio do documento retirado de 2020 já está circulando, mas mesmo isso levanta questões. “Eles diferem muito das medições originais”, disse o Dr. Strobel. “Pode-se argumentar que eles não reproduziram os resultados por conta própria.”

Como o novo material à base de lutécio é supercondutor a pressões muito mais baixas, muitos outros grupos de pesquisa poderão tentar reproduzir o experimento. Dr. Dias disse que quer fornecer uma receita mais precisa de como fazer o composto e compartilhar amostras, mas questões de propriedade intelectual devem ser resolvidas primeiro. Ele fundou uma empresa, Unearthly Materials, que planeja transformar pesquisas em lucros.

O Dr. Strobel disse que começará a trabalhar assim que retornar da conferência de Las Vegas. “Podemos obter um resultado literalmente em um dia”, disse ele.

O Dr. Hirsch também disse que espera que as respostas cheguem rapidamente. “Se isso for verdade”, disse ele, “prova que meu trabalho dos últimos 35 anos está errado.” “O que eu ficaria muito feliz, porque eu saberia.”

O Dr. Hirsch acrescentou: “Mas acho que estou certo e errado”.

Kimberly McGee Reportagem de Las Vegas.