과학자들은 상온에서 새로운 초전도체를 발견했습니다

이번 주 과학자들은 일상적인 조건에서 쉽게 전기를 전도할 수 있는 물질의 꿈을 향한 흥미진진한 발전을 발표했습니다. 이와 같은 돌파구는 전력을 사용하는 거의 모든 기술을 변화시켜 휴대폰, 자기 열차 및 미래의 융합 발전소에 대한 새로운 가능성을 열어줍니다.

일반적으로 전기의 흐름은 거의 마찰과 같은 형태로 와이어를 통해 이동할 때 저항에 직면하고 에너지의 일부는 열로 손실됩니다. 100년 전, 물리학자들은 전기 저항이 마술처럼 사라진 것처럼 보이는 초전도체라고 불리는 물질을 발견했습니다. 그러나 이러한 재료는 매우 낮은 온도에서만 저항을 잃어 실제 적용이 제한되었습니다. 수십 년 동안 과학자들은 상온에서 작동하는 초전도체를 찾았습니다.

이번 주 발표는 그 노력에 대한 최신 시도이지만, 유망하지만 덜 실용적인 초전도 재료를 설명하는 2020년 논문 때문에 널리 퍼진 회의론에 직면한 팀에서 나온 것입니다. 후퇴하다 다른 과학자들이 일부 데이터에 의문을 제기한 후.

새로운 초전도체는 희토류 금속인 루테튬과 약간의 질소가 혼합된 수소로 구성됩니다. 초전도 능력을 얻으려면 14,500psi의 압력이 필요합니다. 이것은 가장 깊은 해구의 바닥에서 가해지는 압력의 약 10배입니다.

그러나 그것은 또한 2020년 결과가 요구한 것의 100분의 1에도 미치지 못했으며, 이는 지구 내부 수천 마일 깊이에 존재하는 파괴의 힘과 유사했습니다. 이것은 재료에 대한 추가 조사가 주변 실온 및 14.7psi의 일반적인 대기압에서 작동하는 초전도체로 이어질 수 있음을 나타냅니다.

뉴욕 로체스터 대학의 기계 공학 및 물리학 교수인 Ranga P. Dias는 화요일에 과학자들로 가득 찬 방에서 “이것은 실제 응용에 유용한 새로운 유형의 재료의 시작”이라고 말했습니다. 라스베가스에서 열린 American Physical Society 회의에서.

그것은 그의 팀의 결과에 대한 완전한 설명이었습니다. 수요일 네이처에 게재2020년 결과를 발표했다가 철회한 동일한 저널입니다.

로체스터의 팀은 희토류 원소 중 가장 희귀한 은백색 금속인 루테튬의 작고 얇은 박편으로 시작하여 두 개의 맞물린 다이아몬드 사이에 압축했습니다. 그런 다음 99%의 수소와 1%의 질소 가스를 작은 챔버로 펌핑하여 고압으로 짜냈습니다. 샘플을 화씨 150도에서 밤새 가열하고 24시간 후에 압력을 해제했습니다.

약 1/3의 시간 동안 프로세스는 원하는 결과를 생성했습니다. 작고 생생한 파란색 결정입니다. “질소를 수소화 루테튬에 넣는 것은 쉽지 않습니다.”라고 Dias 박사는 말했습니다.

Dias 박사 그룹이 사용하는 University of Rochester 연구실에서 대학원생인 Hiranya Basan은 지난 주 기자 방문 중에 재료의 놀라운 가변 속성을 시연했습니다. 나사를 조여 압력을 높이자 파란색이 붉게 변했습니다.

“매우 분홍색입니다.”라고 Dias 박사가 말했습니다. 더 높은 압력으로 그는 “밝은 빨간색으로 변합니다.”라고 말했습니다.

크리스탈을 통해 레이저를 비추면 크리스탈이 진동하는 방식이 드러났고 구조에 대한 정보가 풀렸습니다.

다른 방에서는 디아스 박사 팀의 다른 구성원들이 다른 수정에 대한 자기 측정을 하고 있었습니다. 온도가 떨어지면서 투영된 노움이 컴퓨터 화면에 표시된 데이터에 나타나 초전도체로의 전환을 나타냅니다.

“그것은 우리가 지금 하고 있는 직접적인 측정입니다.”라고 Dias 박사는 말했습니다.

논문에서 연구원들은 분홍색 결정이 화씨 70도까지의 온도에서 제로 저항과 같은 초전도체의 주요 특성을 나타냈다고 보고했습니다.

“나는 조심스럽게 낙관적입니다. “신문의 데이터가 훌륭해 보입니다.”

이 연구에 참여하지 않은 휴스턴 대학의 물리학과 교수인 Paul CW Chu는 “이것이 사실이라면 정말 중요한 돌파구”라고 말했습니다.

그러나 그 정서의 “만약” 부분은 회의론, 비판, 심지어 자신의 데이터 중 일부를 조작했다는 일부 과학자들의 비난에 시달리는 디아스 박사를 중심으로 전개됩니다. 2020년 네이처 논문의 발견은 다른 연구 그룹에 의해 재현되지 않았으며 비평가들은 디아스 박사가 다른 사람들이 자신의 데이터를 검토하거나 초전도체에 대한 독립적인 분석을 수행하도록 허용하는 데 느렸다고 말합니다.

Nature 편집자들은 작년에 Dr. Dias와 다른 저자들의 반대에 대해 이전 논문을 철회했습니다.

플로리다 대학의 물리학 교수인 제임스 햄린은 “그 그룹에서 나오는 것에 대한 믿음을 잃었다”고 말했다.

그러나 새 논문은 같은 저널의 피어 리뷰 프로세스를 통과했습니다.

네이처 대변인은 “연구 논문을 철회한다고 해서 저자가 새 원고를 제출할 자격이 자동으로 박탈되는 것은 아니다”라고 말했다. “제출된 모든 원고는 지식의 질과 적시성을 기준으로 독립적으로 검토됩니다.”

화요일 라스베거스에서 열린 회의에서 너무 많은 물리학자들이 비좁은 회의실로 몰려들어 발표를 취소할 필요가 없도록 사회자가 몇몇 물리학자들에게 자리를 뜨라고 요청했습니다. 방이 얇아지자 Dias 박사는 중단 없이 연구 결과를 발표할 수 있었습니다. 청중에게 감사를 표하면서 진행자는 질문할 시간이 부족하다고 한탄했습니다.

Strobel 박사는 Dias 박사를 둘러싼 지속적인 논란과 아직 재현되지 않은 이전의 비정상적인 주장을 인정했습니다.

“나는 그것에 대해 너무 많이 읽고 싶지는 않지만 여기에는 행동 패턴이 있을 수 있습니다.”라고 Strobel 박사는 말했습니다. “그는 정말 세계 최고의 고압력 물리학자가 될 수 있고 노벨상을 받을 수 있습니다. 아니면 다른 일이 벌어지고 있습니다.”

압력을 받고

초전도성은 1911년 네덜란드 물리학자 Heike Kamerlingh Onnes와 그의 팀에 의해 발견되었습니다. 초전도체는 전기 저항이 0인 전기를 전달할 뿐만 아니라 재료 내부에 자기장이 없도록 하는 마이스너 효과라는 이상한 능력도 가지고 있습니다. .

처음으로 알려진 초전도체는 절대 영도보다 약간 높은 온도 또는 화씨 영하 459.67도가 필요했습니다. 1980년대에 물리학자들은 소위 고온 초전도체를 발견했지만 그러한 초전도체조차도 우리가 일상적으로 사용하는 것보다 훨씬 더 낮은 온도에 놓이게 됩니다.

초전도성을 설명하는 표준 이론은 수소가 충분히 세게 압축될 수 있다면 더 높은 온도에서 초전도성이 되어야 한다고 예측합니다. 그러나 가장 탄력적인 다이아몬드도 이 정도의 응력에 도달하기 전에 파손됩니다. 과학자들은 화학 결합이 수소 원자를 압축하는 데 도움이 될 수 있다고 생각하면서 다른 원소와 혼합된 수소를 조사하기 시작했습니다.

2015년 독일 마인츠에 있는 막스 플랑크 화학 연구소의 물리학자 미하일 에레메츠는 수소 원자 2개와 황 원자 1개로 구성된 분자인 황화수소가 압력을 가한 화씨 94도에서 약 22만원 평방 인치당 파운드. 이는 당시 초전도체로서는 기록적인 고온이었다.

나중에 Eremets 박사와 다른 과학자들은 수소와 란타늄을 함유한 화합물인 수소화란타늄이 매우 높은 압력에서 화씨 10도 미만의 초전도 온도에 도달한다는 사실을 발견했습니다.

철회된 2020년 논문에 기술된 연구에서 디아스 박사 그룹은 수소, 황, 탄소를 사용했다. 과학자들은 세 가지 요소를 통해 고온 초전도성을 달성하기 위해 화합물의 전자적 특성을 수정할 수 있었다고 말했습니다.

그러나 모든 사람이 그것을 믿지는 않았습니다.

디아스 박사의 주요 상대는 샌디에고에 있는 캘리포니아 대학교의 이론 물리학자인 Jorge Hirsch입니다. 그는 Meissner 효과의 증거인 변동하는 자기장에 대한 탄소, 황 및 수소 화합물의 반응에 대한 Dias 박사 그룹의 측정에 중점을 두었습니다. 논문의 플롯은 매우 깨끗해 보였고 과학자들은 플롯에서 배경 영향을 배제한 방법을 설명하지 않았습니다.

Dias 박사가 기본 원시 데이터를 공개했을 때 Hirsch 박사는 그의 분석 결과가 수학 공식에 의해 생성되었으며 실험에서 실제로 측정될 수 없다고 지적했습니다. “유추를 사용하면 분석 공식을 얻을 수 없습니다.”라고 Hirsch 박사는 말했습니다. “당신은 시끄러운 숫자를 얻습니다.”

디아스 박사에 대한 그의 불만은 너무 끈질기고 강렬해져서 현장의 다른 사람들이 허쉬 박사의 수십 년간의 파괴적인 행동에 대해 불평하는 편지를 퍼뜨렸습니다.

Hirsch 박사는 1957년 John Bardeen, Leon N. Cooper 및 J. Robert Schreffer의 세 명의 물리학자가 초전도가 작동하는 방식을 설명하기 위해 고안한 BCS 이론을 목표로 삼는 도자기 가게 쇼맨입니다. 그는 여러 면에서 BCS는 마이스너 효과를 설명할 수 없는 “거짓말”이라고 말합니다. 그는 나름의 대안적 해석을 내놓았다.

특히 Hirsch 박사는 수소가 초전도체가 될 수 없기 때문에 이러한 고압 물질에는 초전도성이 있을 수 없다고 말했습니다. 그는 동맹을 거의 얻지 못했습니다.

Hirsch 박사는 Dias 박사 이외의 과학자들은 위법 행위를 저 지르지 않는다고 조심스럽게 말하지만 그들은 스스로를 속이고 있다고 말합니다.

“내 생각에는 스크랩이 결론이 된다”고 그는 말했다.

저항과 번식

플로리다 대학의 Hamlin 박사도 자기 측정을 자세히 조사했으며 원시 데이터가 그 반대가 아니라 게시된 데이터에서 파생된 것처럼 보인다고 말했습니다.

Hamlin 박사는 또한 자신이 2007년에 작성한 박사 학위 논문의 여러 구절이 Dias 박사의 논문에 그대로 등장하는 것을 보고 당황했습니다.

D는 거절합니다. Dias는 비판을 계속했으며 그의 그룹이 설명을 제공했다고 말했습니다. “그냥 배경 소음처럼 느껴졌다”고 그는 말했다. “우리는 계속해서 과학을 발전시키려고 노력하고 있습니다.”

그는 여전히 이전 발견을 지지하며 수요일 신문이 자기 측정을 위해 새로운 기술을 사용했다고 말했습니다. 그는 이 논문이 검토자들에 의해 5차례의 정밀 조사를 거쳤으며 그 결과 뒤에 있는 모든 원시 데이터가 공유되었다고 말했습니다.

“다시 자연으로 돌아왔습니다.”라고 Dias 박사가 말했습니다. “그래서 당신에게 무언가를 말해줍니다.”

두 차례의 대학 조사 후 로체스터 대학의 사라 밀러 대변인은 “이러한 우려를 뒷받침할 증거가 없는 것으로 확인됐다”고 말했다. 또 “2022년 9월 네이처 논문 철회 문제를 검토했고 같은 결론에 도달했다”고 밝혔다.

Hamlin 박사의 박사 학위 논문 사본에 대해 Dr. Dias는 인용을 포함해야 한다고 말했습니다. “그건 내 잘못이야.” 디아스 박사가 말했다.

탄소, 황 및 수소의 프리프레스 측정을 다시 수행합니다. 철회된 2020년 논문의 일부가 현재 회람되고 있지만 그것조차 의문을 제기합니다. “그들은 원래의 측정과 크게 다릅니다.”라고 Strobel 박사는 말했습니다. “그들이 결과 자체를 재생산하지 않았다고 주장할 수 있습니다.”

새로운 루테튬 기반 물질은 훨씬 낮은 압력에서 초전도성이기 때문에 다른 많은 연구 그룹이 실험 재현을 시도할 수 있을 것입니다. 디아스 박사는 화합물을 만드는 방법과 샘플을 공유하는 방법에 대해 더 정확한 레시피를 제공하고 싶지만 지적 재산권 문제가 먼저 해결되어야 한다고 말했습니다. 그는 연구를 수익으로 전환할 계획인 Unearthly Materials라는 회사를 설립했습니다.

스트로벨 박사는 라스베거스 회의에서 돌아오는 대로 작업을 시작할 것이라고 말했다. “우리는 문자 그대로 하루 안에 결과를 얻을 수 있었습니다.”라고 그는 말했습니다.

Hirsch 박사는 또한 응답이 빨리 올 것으로 기대한다고 말했습니다. “만약 이것이 사실이라면 지난 35년 동안 내가 한 일이 틀렸다는 것을 증명하는 것입니다.” “내가 알고 있기 때문에 매우 기쁠 것입니다.”

Hirsch 박사는 “하지만 내 생각이 맞고 틀렸다고 생각합니다.”라고 덧붙였습니다.

킴벌리 맥기 라스베이거스에서 기고된 보고.