Nueva habitación

El avance podría algún día transformar las tecnologías que usan energía eléctrica, pero proviene de un equipo que enfrenta dudas después de un artículo retractado sobre superconductores.

Un diamante, colocado en una celda de yunque de diamante bajo un microscopio, para su uso en experimentos de superconductividad en un laboratorio de la Universidad de Rochester dirigido por Ranga P. Dias.Credit...Lauren Petracca para The New York Times

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Por Kenneth Chang

Como parte del reportaje de esta historia, Kenneth Chang visitó un laboratorio en la Universidad de Rochester en Nueva York donde se estudian nuevos materiales superconductores.

Los científicos anunciaron esta semana un avance tentador hacia el sueño de un material que podría transmitir electricidad sin esfuerzo en las condiciones cotidianas. Tal avance podría transformar casi cualquier tecnología que utilice energía eléctrica, abriendo nuevas posibilidades para su teléfono, trenes que levitan magnéticamente y futuras plantas de energía de fusión.

Por lo general, el flujo de electricidad encuentra resistencia a medida que se mueve a través de los cables, casi como una forma de fricción, y parte de la energía se pierde en forma de calor. Hace un siglo, los físicos descubrieron materiales, ahora llamados superconductores, donde la resistencia eléctrica aparentemente desaparecía mágicamente. Pero estos materiales solo perdieron su resistencia a temperaturas ultrafrías sobrenaturales, lo que limitó las aplicaciones prácticas. Durante décadas, los científicos han buscado superconductores que funcionen a temperatura ambiente.

El anuncio de esta semana es el último intento en ese esfuerzo, pero proviene de un equipo que enfrenta un gran escepticismo porque un artículo de 2020 que describía un material superconductor prometedor pero menos práctico se retractó después de que otros científicos cuestionaron algunos de los datos.

El nuevo superconductor consiste en lutecio, un metal de tierras raras, e hidrógeno con un poco de nitrógeno mezclado. Debe comprimirse a una presión de 145,000 libras por pulgada cuadrada antes de que obtenga su destreza superconductora. Eso es aproximadamente 10 veces la presión que se ejerce en el fondo de las fosas más profundas del océano.

Pero también es menos de una centésima parte de lo que requería el resultado de 2020, que era similar a las fuerzas aplastantes que se encuentran a varios miles de kilómetros de profundidad dentro de la Tierra. Eso sugiere que futuras investigaciones del material podrían conducir a un superconductor que funcione a temperatura ambiente y a la presión atmosférica habitual de 14,7 libras por pulgada cuadrada.

"Este es el comienzo de un nuevo tipo de material que es útil para aplicaciones prácticas", dijo el martes Ranga P. Dias, profesor de ingeniería mecánica y física en la Universidad de Rochester en Nueva York, en una sala llena de científicos. en una reunión de la American Physical Society en Las Vegas.

El miércoles se publicó un informe más completo de los hallazgos de su equipo en Nature, la misma revista que publicó y luego se retractó de los hallazgos de 2020.

El equipo de Rochester comenzó con una lámina pequeña y delgada de lutecio, un metal blanco plateado que se encuentra entre los elementos de tierras raras más raros, y la presionó entre dos diamantes entrelazados. Luego, se bombeó un gas de 99 por ciento de hidrógeno y 1 por ciento de nitrógeno a la pequeña cámara y se exprimió a altas presiones. La muestra se calentó durante la noche a 150 grados Fahrenheit y, después de 24 horas, se liberó la presión.

Alrededor de un tercio de las veces, el proceso produjo el resultado deseado: un pequeño cristal azul vibrante. "Dopar nitrógeno en hidruro de lutecio no es tan fácil", dijo el Dr. Dias.

En una de las salas de laboratorio de la Universidad de Rochester utilizadas por el grupo del Dr. Dias, Hiranya Pasan, una estudiante graduada, demostró la sorprendente propiedad de cambio de tono del material durante la visita de un reportero la semana pasada. Cuando los tornillos se apretaron para aumentar la presión, el azul se convirtió en un tinte ruborizado.

"Es muy rosado", dijo el Dr. Dias. Con presiones aún más altas, dijo, "va a un rojo brillante".

Hacer brillar un láser a través de los cristales reveló cómo vibran y desbloqueó información sobre la estructura.

En otra habitación, otros miembros del equipo del Dr. Dias estaban realizando mediciones magnéticas en otros cristales. A medida que bajaban las temperaturas, aparecieron los garabatos esperados en los datos trazados en la pantalla de una computadora, lo que indica una transición a un superconductor.

"Esta es una medición en vivo que estamos haciendo en este momento", dijo el Dr. Dias.

En el artículo, los investigadores informaron que los cristales rosas exhibieron propiedades clave de los superconductores, como resistencia cero, a temperaturas de hasta 70 grados Fahrenheit.

"Soy cautelosamente optimista", dijo Timothy Strobel, científico de la Carnegie Institution for Science en Washington que no participó en el estudio del Dr. Dias. "Los datos en el papel, se ven muy bien".

"Si esto es real, es un avance realmente importante", dijo Paul CW Chu, profesor de física en la Universidad de Houston que tampoco participó en la investigación.

Sin embargo, la parte del "si" de ese sentimiento gira en torno al Dr. Dias, quien ha sido perseguido por dudas y críticas, e incluso por acusaciones de algunos científicos de que ha fabricado algunos de sus datos. Los resultados del artículo de Nature de 2020 aún no han sido reproducidos por otros grupos de investigación, y los críticos dicen que el Dr. Dias ha tardado en permitir que otros examinen sus datos o realicen análisis independientes de sus superconductores.

Los editores de Nature se retractaron del artículo anterior el año pasado a pesar de las objeciones del Dr. Dias y los otros autores.

"He perdido algo de confianza en lo que viene de ese grupo", dijo James Hamlin, profesor de física en la Universidad de Florida.

No obstante, el nuevo artículo superó el proceso de revisión por pares en la misma revista.

"La retractación de un artículo no descalifica automáticamente a un autor para enviar nuevos manuscritos", dijo una portavoz de Nature. "Todos los manuscritos presentados se consideran de forma independiente sobre la base de la calidad y oportunidad de su ciencia".

En la conferencia del martes en Las Vegas, tantos físicos abarrotaron una estrecha sala de reuniones que un moderador pidió a algunos que se fueran para no tener que cancelar la presentación. Una vez que se aclaró la sala, el Dr. Dias pudo presentar sus hallazgos sin interrupciones. Mientras agradecía a la multitud, el moderador lamentó que se les hubiera acabado el tiempo para las preguntas.

El Dr. Strobel reconoció la controversia continua en torno al Dr. Dias y las afirmaciones extraordinarias anteriores que aún no se han reproducido.

"No quiero leer demasiado, pero podría haber un patrón de comportamiento aquí", dijo el Dr. Strobel. "Realmente podría ser el mejor físico de alta presión del mundo, listo para ganar el Premio Nobel. O está sucediendo algo más".

La superconductividad fue descubierta por Heike Kamerlingh Onnes, un físico holandés, y su equipo en 1911. Los superconductores no solo transportan electricidad con una resistencia eléctrica esencialmente nula, sino que también poseen la extraña habilidad conocida como efecto Meissner que asegura un campo magnético cero dentro del material. .

Los primeros superconductores conocidos requerían temperaturas de solo unos pocos grados por encima del cero absoluto, o menos 459,67 grados Fahrenheit. En la década de 1980, los físicos descubrieron los llamados superconductores de alta temperatura, pero incluso estos se convirtieron en superconductores en condiciones mucho más frías que las que se encuentran en el uso diario.

La teoría estándar que explica la superconductividad predice que el hidrógeno debería ser un superconductor a temperaturas más altas si pudiera apretarse lo suficiente. Pero incluso los diamantes más resistentes se rompen antes de alcanzar presiones de esa magnitud. Los científicos comenzaron a observar el hidrógeno mezclado con otro elemento, suponiendo que los enlaces químicos podrían ayudar a comprimir los átomos de hidrógeno.

En 2015, Mikhail Eremets, físico del Instituto Max Planck de Química en Mainz, Alemania, informó que el sulfuro de hidrógeno, una molécula que consta de dos átomos de hidrógeno y un átomo de azufre, se volvió superconductora a menos 94 grados Fahrenheit cuando se exprimió a unos 22 millones. libras por pulgada cuadrada. Esa fue una temperatura récord para un superconductor en ese momento.

El Dr. Eremets y otros científicos descubrieron posteriormente que el hidruro de lantano, un compuesto que contiene hidrógeno y lantano, alcanzó una temperatura superconductora de menos 10 grados Fahrenheit a presiones ultra altas.

En la investigación descrita en el artículo retractado de 2020, el grupo del Dr. Dias usó hidrógeno, azufre y carbono. Con tres elementos, dijeron los científicos, pudieron ajustar las propiedades electrónicas del compuesto para lograr una temperatura superconductora más alta.

Sin embargo, no todos creían eso.

El principal antagonista del Dr. Dias es Jorge Hirsch, físico teórico de la Universidad de California, San Diego. Se centró en las mediciones que el grupo del Dr. Dias había hecho de la respuesta del compuesto de carbono-azufre-hidrógeno a los campos magnéticos oscilantes, evidencia del efecto Meissner. La trama del artículo parecía demasiado ordenada y los científicos no explicaron cómo habían sustraído los efectos de fondo de la trama.

Cuando el Dr. Dias publicó los datos sin procesar subyacentes, dijo el Dr. Hirsch, su análisis indicó que habían sido generados por una fórmula matemática y que en realidad no podían medirse en un experimento. "A partir de una medición, no se obtienen fórmulas analíticas", dijo el Dr. Hirsch. "Obtienes números con ruido".

Sus quejas sobre el Dr. Dias se volvieron tan persistentes y estridentes que otros en el campo circularon una carta quejándose de décadas de comportamiento disruptivo por parte del Dr. Hirsch.

El Dr. Hirsch es un toro en una tienda de porcelana contraria que apunta a la teoría BCS, que fue ideada en 1957 por tres físicos, John Bardeen, Leon N. Cooper y J. Robert Schrieffer, para explicar cómo funciona la superconductividad. BCS, dice, puede, en muchos sentidos, "ser fundamentalmente defectuoso", incapaz de explicar el efecto Meissner. Él ha llegado con su propia explicación alternativa.

En particular, el Dr. Hirsch ha estado diciendo que no puede haber superconductividad en ninguno de estos materiales de alta presión porque el hidrógeno no puede ser un superconductor. Ha ganado pocos aliados.

Si bien el Dr. Hirsch tiene cuidado de decir que los científicos que no sean el Dr. Dias no están cometiendo una mala conducta, dice que se están engañando a sí mismos.

"En mi opinión, la basura se convierte en conclusiones", dijo.

El Dr. Hamlin de la Universidad de Florida también profundizó en las mediciones magnéticas y dijo que parecía más como si los datos sin procesar se hubieran derivado de los datos publicados y no al revés.

El Dr. Hamlin también se molestó cuando descubrió que varios pasajes de su tesis doctoral, escrita en 2007, habían aparecido, palabra por palabra, en la disertación del Dr. Dias.

El Dr. Dias descarta las continuas críticas y dice que su grupo brindó explicaciones. "Sentí que era solo ruido de fondo", dijo. "Tratamos de seguir impulsando nuestra ciencia".

Dijo que aún respaldaba los resultados anteriores y que el artículo del miércoles empleaba una nueva técnica para las mediciones magnéticas. Dijo que el documento había pasado por cinco rondas de escrutinio por parte de los revisores y que se estaban compartiendo todos los datos sin procesar que subyacen a los hallazgos.

"Está de vuelta en la naturaleza", dijo el Dr. Dias. "Así que eso te dice algo".

Sara Miller, vocera de la Universidad de Rochester, dijo que después de dos investigaciones universitarias, "se determinó que no había evidencia que respaldara las preocupaciones". También dijo que la universidad había "considerado el asunto de la retractación de septiembre de 2022 del artículo de Nature y llegó a la misma conclusión".

Sobre la copia del texto de la tesis doctoral del Dr. Hamlin, el Dr. Dias dijo que debería haber incluido citas. "Fue mi error", dijo el Dr. Dias.

Ahora está circulando una preimpresión que rehace las mediciones del material de carbono-azufre-hidrógeno del artículo retractado de 2020, pero incluso eso plantea preguntas. "Son significativamente diferentes de las medidas originales", dijo el Dr. Strobel. "Se podría argumentar que ni siquiera han reproducido los resultados".

Debido a que el nuevo material a base de lutecio es superconductor a presiones mucho más bajas, muchos otros grupos de investigación podrán intentar reproducir el experimento. El Dr. Dias dijo que quería proporcionar una receta más precisa sobre cómo hacer el compuesto y compartir muestras, pero primero se deben resolver los problemas de propiedad intelectual. Ha fundado una empresa, Unearthly Materials, que planea convertir la investigación en beneficios.

El Dr. Strobel dijo que comenzaría a trabajar tan pronto como regresara de la conferencia de Las Vegas. "Podemos tener un resultado literalmente en un día", dijo.

El Dr. Hirsch también dijo que esperaba que las respuestas llegaran rápidamente. "Si esto es correcto, prueba que mi trabajo de los últimos 35 años está equivocado", dijo. "Por lo cual estaría muy feliz, porque lo sabría".

El Dr. Hirsch agregó: "Pero creo que tengo razón y esto está mal".

Kimberley McGee contribuyó con este reportaje desde Las Vegas.

Una versión anterior de este artículo expresó erróneamente la presión a la que un material se convierte en superconductor. Son 145 000 libras por pulgada cuadrada, no 14 500.

Una versión anterior de este artículo citó incorrectamente a Jorge Hirsch. El Dr. Hirsch dijo que la teoría BCS puede "ser fundamentalmente defectuosa". Él no dijo que es "una mentira".

Cómo manejamos las correcciones

Kenneth Chang ha estado en The Times desde 2000, escribiendo sobre física, geología, química y los planetas. Antes de convertirse en escritor científico, era un estudiante graduado cuya investigación involucraba el control del caos. @kchangnyt

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