Правда ли, что ученые создали первый в мире сверхпроводник комнатных температур и почему это важно?

«Скоро мы будем ездить на работу на левитирующих поездах» – примерно такие выводы можно сделать, прочитав новости о сверхпроводнике LК-99, работающем при температуре окружающей среды. В конце июля ученые из Южной Кореи опубликовали результаты исследования об открытии сверхпроводящего материала, который можно использовать для создания эффективных электросетей. Более того, если LK-99 действительно существует, то может изменить правила игры во всем – от квантовых вычислений и медицинской визуализации до энергетики и транспорта. Большинство экспертов, однако, настроены скептически, а ученые по всему миру пытаются воспроизвести и проверить работу корейских исследователей. На данный момент наиболее достоверные проверки показали, что материал LK-99 не является сверхпроводящим при комнатных температурах. Так почему же он стал таким популярным? Давайте разбираться!

Сверхпроводник LK-99 стал вирусным — вот что думают эксперты. Но есть вопросы

Что такое сверхпроводники?

Материалы, не обладающие электрическим сопротивлением и способные пропускать электрические токи без потери энергии называются сверхпроводниками. Однако среди обнаруженных на сегодняшний день материалов лишь несколько проявляют сверхпроводимость – и то, при чрезвычайно низких температурах или высоких давлениях. Это означает, что их широкое применение крайне затруднительно.

Как правило, подобные материалы проявляют сверхпроводимость при температурах в диапазоне от 4 Кельвинов (-269,1°C). Например, большие магнитные поля, необходимые для МРТ-сканеров, генерируются пропусканием большого тока через сверхпроводник (обычно в аппаратах МРТ используются ниобий-титановые сверхпроводники, охлажденные до температуры ниже 9,3 Кельвина, -263,8°С, с использованием жидкого гелия).

Сверхпроводник – это материал, способный левитировать в магнитном поле и проводить электричество без сопротивления.

Так, требуемые низкие температуры означают, что сверхпроводники можно использовать только в специализированных установках. Ученые долгое время искали материал, обладающий сверхпроводимостью при температуре окружающей среды – то есть материал, который не нуждался бы в охлаждении, однако до сих пор все попытки заканчивались неудачей.

Больше по теме: Сверхпроводники, работающие при комнатной температуре.

А ведь сверхпроводники при температурах окружающей среды можно было бы использовать для создания эффективных электросетей – сегодня около 5% энергии, теряется из—за сопротивления. Компьютерные чипы, изготовленные из сверхпроводящих материалов, могли бы быть в 50-100 раз эффективнее современных, а поезда могли бы передвигаться не по рельсам, а левитировать на сверхпроводящем материале.

LK-99 – революционная технология

После того, как корейские исследователи сообщили о «революционном» открытии, многие решили, что LK-99 может изменить мир. Предполагается, что этот идеальный сверхпроводник сделает ядерный синтез реальным а левитирующие поезда – простым способом передвижения. По крайней мере, именно такая история обсуждается в социальных сетях, но это не то, что многие эксперты думают о новом открытии.

Ядерная реакция синтеза возникает при слиянии двух атомных ядер, в результате чего образуется новое, более тяжелое ядро. В ходе ядерного синтеза также образуются различные элементарные частицы и (или) кванты электромагнитного излучения.

Шумиха набрала обороты в Х (в прошлом Twitter) и Reddit, где LK-99 объявили важнейшим в истории физики прорывом. Некоторые пользователи социальных сетей и вовсе пытаются самостоятельно изготовить LK-99 чтобы выяснить действительно ли новый материал изменит все вокруг. Но что на самом деле представляет собой этот суперсверхпроводник?

LK-99 наделал много шума в СМИ и научном сообществе

В работах, опубликованных 22 июля на сервере препринтов ArXiv (здесь и здесь), говорится, что LK-99 технически является поликристаллическим материалом, изготовленным из свинца, кислорода и пропитанного медью фосфора и выглядит как темно-серый камень.

Ученые из Исследовательского центра квантовой энергии в Южной Корее утверждают, что LK-99 является первым в мире сверхпроводником комнатных температур и атмосферного давления, то есть может проводить электричество без какого-либо сопротивления в обычных условиях. Но есть проблема – статьи, опубликованные на ArXiv не прошли рецензирования, то есть не подвергались экспертной оценке.

Электрические сети и электроника сегодня тратят впустую тонны электроэнергии из-за сопротивления менее эффективных материалов.

Отметим, что более или менее золотым стандартом для научных исследований является публикация в авторитетном рецензируемом журнале. Однако два препринта были опубликованы в конце июля на сервере arXiv, а соответствующее исследование – в журнале Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology ранее в этом году.

AtXiv – сервер препринтов для непрошедших проверку научных исследований

Стоит ли удивляться, что все больше исследовательских групп, изучающих LK-99, обнаружили, что громкие заголовки не соответствуют реальности.

Не пропустите: Ученые создали самый мощный сверхпроводящий магнит постоянного тока

Почему ученые не считают LK-99 сверхпроводником комнатных температур?

“Это “НЕ сверхпроводник”, – говорится в официальном Х (Twitter) акаунте Центра теории конденсированного состояния Мэрилендского университета (CMTC). В нем также представлены результаты CSIR – Национальной физической лаборатории в Индии и Международного центра квантовых материалов в Китае.

Во-первых, в представленных работах в данных имеются несоответствия, а во-вторых два препринта не согласуются друг с другом. Известно также о конфликте между авторами препринтов (в одной статье три автора, а в другой – шесть).

Препринт с меньшим количеством авторов содержит “много неточностей”, рассказал New Scientist автор одной из статей. Более того, профессор Хен-Так Ким утверждает, что препринт был загружен в arXiv без его разрешения (Ким и другие соавторы исследования не ответили на вопросы журналистов The Verge), – сообщает издание.

У чудо-материала LK-99 не нашли сверхпроводимости, но он всё равно интересен учёным

Хотите всегда быть в курсе новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

По словам Нади Мейсон, физика конденсированного состояния из Иллинойского университета Урбана-Шампейн, препринты также неточны в определении “нулевого” сопротивления. Сверхпроводники должны иметь нулевое электрическое сопротивление, однако по информации в препринтах невозможно понять, является ли LK-99 идеальным сверхпроводником или просто очень хорошим проводником. “Металл – это очень, очень, очень, очень, очень хороший проводник. Но он все же не идеален”, – говорит Мейсон.

Состав LK-99 также вызывает удивление у специалистов: в отличие от многих сверхпроводников, изготовленных из металла, LK-99 изначально является непроводящим минералом. Предполагается, что пропитка медью преобразует его, однако куда должна поступать медь и как ей удается превращать камень в сверхпроводник, неясно.

Это открытие совершенно неожиданно. Честно говоря, я понятия не имею, в чем смысл пропитки медью этого материала, – говорит профессор инженерного колледжа FAMU-FSU Дэвид Ларбалестье.

Фальсификации и плагиат

Еще больше сомнений в «революционном открытии» возникает из-за по-настоящему драматической истории, окружающей LK-99: в 2020 году группа исследователей из Университета Рочестера заявила, что обнаружила сверхпроводник комнатных температур, изготовленный из водорода, серы и углерода. Однако исследование, опубликованное в журнале Nature, было отозвано после того, как редакторы указали на проблемы с тем, как именно обрабатывались данные исследования.

Затем ученые из Рочестера предприняли еще одну попытку и опубликовали другую статью о сверхпроводнике комнатных температур, изготовленном из азота, водорода и редкоземельного металла лютеция. Авторы работы назвали свой сверхпроводник “красной материей” (в честь вымышленного материала из «Звездного пути», который образует черные дыры).

Увы, но плагиат и фальсификации – не редкость в научной среде

Читайте также: Ученые добились сверхпроводимости при рекордно высокой температуре

Данная статья, однако, по-прежнему находится под пристальным вниманием научного сообщества – все потому, что одного из ключевых авторов исследования обвиняют в плагиате и фальсификации данных в других работах.

Учитывая критику, обрушившуюся на авторов статей, южнокорейские эксперты заявили, что создадут комитет для проверки заявлений об открытии сверхпроводника комнатных температур. Группа экспертов также попросила Исследовательский центр квантовой энергии предоставить образцы материала, чтобы проверить выводы ученых и данные, обнародованные в препрнитах.

Основываясь на данных из опубликованных препринтов и обнародованных видео материалов, LK-99 на данный момент нельзя назвать сверхпроводником комнатных температур», – говорится в официальном заявлении.

Можно ли создать LK-99?

Чтобы окончательно ответить на вопрос о том, является ли LK-99 настоящим сверхпроводником комнатных температур, ученые по всему миру пытаются воспроизвести полученные южнокорейскими исследователями результаты. Так, сразу три крупные исследовательские лаборатории пытаются выяснить сможет ли LK-99 оправдать ожидания.

Вам будет интересно: Физики зафиксировали тысячи молекул в одном квантовом состоянии

Левитирующие поезда станут реальностью в случае создания сверхпроводника комнатных температур

Поскольку «революционный сверхпроводник» изготавливается из относительно простых ингредиентов и не требует экстремальных температур или давления, ученые, имеющие доступ к необходимым материалам и подходящему оборудованию, пробуют свои силы. На этой неделе издание Wired сообщило, что инженер из стартапа, занимающегося космическими исследованиями, ведет прямую трансляцию своих усилий на Twitch, однако подключиться к трансляции журналисты не смогли.

И все же эксперты отмечают, что окончательные выводы делать рано. В сети тем временем появилось видео, на котором фрагмент LK-99, сделанный исследовательской группой из Хуачжунского университета науки и техники, кажется левитирует. Парящий при размещении над магнитом материал – признак излучения магнитного поля и сверхпроводника. Отметим, что авторы препринтов также опубликовали видео, на котором материал частично левитирует.

Вот только сама по себе левитация не делает что-либо сверхпроводником. Графит, например, левитирует, потому что является диамагнитным, а значит LK-99 может оказаться просто новым видом диамагнитного материала. Другие известные учреждения еще не поделились результатами, в том числе исследователи из Аргоннской национальной лаборатории и инженерного колледжа FAMU-FSU.

В течение недели или двух у нас будет 20, 30, 40, 50 или 100 лабораторий, которые проведут различные эксперименты. Так что все прояснится довольно быстро, – сообщают эксперты.

Но что будет, если LK-99 действительно окажется сверхпроводником комнатных температур? Неужели это сразу же изменит нашу жизнь? Едва ли, ведь если через неделю или две кому-то удастся изготовить партию LK-99, которая пройдет все тесты на сверхпроводимость, это все еще не является гарантией того, что LK-99 станет революционной технологией.

На настоящий момент все известные сверхпроводники требуют очень низких температур

“Существуют тысячи известных сверхпроводников. Мы используем четыре, так как именно их можно спроектировать, массово произвести с минимальными затратами и применить в существующих системах, за которые люди будут платить”, – говорят специлаисты.

А вы знали, что из графена случайно создали материал, появление которого предсказали в 1930-х годах? Подробности здесь, не пропустите!

Обыкновенная магия

Эксперты отмечают, что работать с LK-99 может быть потенциально трудно, поскольку это минерал, а не податливый металл, который можно намотать как проволоку, например. Так, крупное открытие, сделанное в 1980-х годах, привело к созданию сверхпроводников, которые могли работать при более высоких температурах, чем раньше, но потребовалось больше времени, чтобы найти им реальное применение (отчасти из-за хрупкости керамических материалов).

Итак, сможем ли мы увидеть сверхпроводник комнатных температур в реальном мире и когда это произойдет? Ответ на этот вопрос на данный момент, увы, не существует. Все потому, что подобные «волшебные» разработки зависят от дополнительных усовершенствований, направленных на удешевление производства существующих сверхпроводящих материалов и упрощение их внедрения.

На настоящий момент все известные сверхпроводники требуют очень низких температур

На данный момент достоверность полученных результатов остается неясной. Исследователи подчеркивают, что вскоре мы должны узнать, действительно ли ученые из Кореи совершили прорыв.

Более того, технологически жизнеспособный сверхпроводник комнатных температур – это серьезная заявка на Нобелевскую премию. А если запатентовать подобный сверхпроводник, то измерить его ценность будет и вовсе невозможно. Ну а пока исследователи разбираются действительно ли LK-99 существует, нам с вами остается лишь ждать новостей и надеяться, что южнокорейские эксперты не ошиблись. Ведь в конечном итоге левитирующие поезда – это очень круто.