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

Normalmente, 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, en los que la resistencia eléctrica desaparecía aparentemente por arte de magia. Pero estos materiales pierden su resistencia solo a temperaturas ultrabajas sobrenaturales, lo que limita las aplicaciones prácticas. Durante décadas, los científicos han estado buscando superconductores que funcionen a temperatura ambiente.

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

El nuevo superconductor consta de lutecio, un metal de tierras raras, e hidrógeno con algo de nitrógeno mezclado. Debe comprimirse a una presión de 14 500 libras por pulgada cuadrada antes de que adquiera su superconductividad. Esto es aproximadamente 10 veces la presión ejercida 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 encontradas a varios miles de kilómetros de profundidad en la Tierra. Esto sugiere que una mayor investigación sobre el material podría conducir a un superconductor que funcione a temperatura ambiente y 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 Ranga P. Dias, profesora de ingeniería mecánica y física en la Universidad de Rochester en Nueva York, en una sala llena de científicos el martes en una reunión. de la empresa American Physical en Las Vegas.

El miércoles se publicó un relato 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 colocó entre dos diamantes entrelazados. Luego, se bombea un gas de 99 por ciento de hidrógeno y 1 por ciento de nitrógeno a la cámara pequeña y se comprime a alta presión. La muestra se calienta durante la noche a 150 grados Fahrenheit y después de 24 horas se libera la presión.

Alrededor de un tercio de las veces, el proceso produce el resultado deseado: un pequeño cristal azul vivo. “Agregar nitrógeno al hidruro de lutecio no es tan fácil”, dijo el Dr. Díaz.

En una de las salas de laboratorio de la Universidad de Rochester utilizadas por el grupo del Dr. Díaz, Hiranya Passan, una estudiante graduada, demostró la sorprendente propiedad de cambio de color del material durante la visita de un reportero la semana pasada. A medida que se apretaban los tornillos para aumentar la presión, el azul se volvió rosado.

“Es muy optimista”, dijo el Dr. Díaz. A presiones aún más altas, dijo, “se vuelve de color rojo brillante”.

Pasar 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. Díaz estaban tomando medidas magnéticas de otros cristales. A medida que bajaban las temperaturas, las distorsiones esperadas que indicaban una transición a un superconductor aparecieron en los datos trazados en la pantalla de la computadora.

“Es una medición en vivo que estamos haciendo en este momento”, dijo el Dr. Díaz.

En el artículo, los investigadores informan que los cristales rosas exhiben 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 la investigación del Dr. Díaz. “Los datos en el documento 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 este sentimiento gira en torno al Dr. Díaz, quien ha sido perseguido por dudas y críticas e incluso acusaciones de varios científicos de que fabricó algunos de sus datos. Los resultados del informe Nature 2020 aún no han sido replicados por otros grupos de investigación, y los críticos dicen que el Dr. Díaz 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. Díaz y los otros autores.

“He perdido algo de confianza en lo que sale de este grupo”, dijo James Hamlin, profesor de física en la Universidad de Florida.

Sin embargo, el nuevo artículo pasó por 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 un portavoz de Nature. “Todos los manuscritos enviados se revisan de forma independiente en función de la calidad y la puntualidad de su información científica”.

En la conferencia del martes en Las Vegas, tantos físicos abarrotaron una sala de reuniones abarrotada que un moderador pidió a algunos que se fueran para evitar tener que cancelar la presentación. Después de que se despejó la sala, el Dr. Díaz pudo presentar sus hallazgos sin interrupción. Mientras agradecía a la multitud, el moderador lamentó que se les hubiera acabado el tiempo para las preguntas.

El Dr. Strobel reconoce la controversia en curso que rodea al Dr. Díaz y las afirmaciones extraordinarias anteriores que aún no se han replicado.

“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 un Premio Nobel”. O hay algo más pasando.

Bajo presión

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 cero, sino que también poseen la extraña habilidad conocida como efecto Meissner, que proporciona un campo magnético cero dentro del material. .

Los primeros superconductores conocidos requerían temperaturas de 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 se puede apretar lo suficiente. Pero incluso el diamante más duradero se rompe antes de alcanzar una presión de esta magnitud. Los científicos comenzaron a observar el hidrógeno mezclado con otro elemento, lo que sugiere 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 vuelve superconductora a menos 94 grados Fahrenheit cuando se reduce a unos 22 millones libras por pulgada cuadrada. Esta fue una temperatura alta récord para un superconductor en ese momento.

El Dr. Eremetz y otros científicos descubrieron posteriormente que el hidruro de lantano, un compuesto que contiene hidrógeno y lantano, alcanza una temperatura superconductora de menos 10 grados Fahrenheit a presión ultraalta.

En la investigación descrita en el artículo retractado de 2020, el grupo del Dr. Díaz utilizó 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 esto.

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

Cuando el Dr. Díaz publicó los datos sin procesar, dijo el Dr. Hirsch, su análisis mostró que fueron generados por una fórmula matemática y que en realidad no podían medirse en un experimento. “No obtienes fórmulas analíticas de la medición”, dijo el Dr. Hirsch. “Obtienes números con ruido”.

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

Dr. Hirsch es una tienda de toros opuesta que apunta a la teoría BCS, que fue creada en 1957 por tres físicos: John Bardeen, Leon N. Cooper y J. Robert Schriefer – para explicar cómo funciona la superconductividad. El BCS, dice, es en muchos sentidos una “mentira”, incapaz de explicar el efecto Meissner. Él ha llegado con su propia explicación alternativa.

Cabe señalar que el Dr. Hirsch dice que no puede haber superconductividad en ninguno de estos materiales de alta presión porque el hidrógeno no puede ser un superconductor. Ganó pocos aliados.

Aunque el Dr. Hirsch tiene cuidado de decir que los científicos que no sean el Dr. Díaz no se están comportando mal, dice que se están mintiendo a sí mismos.

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

Resistencia y reproducción

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

El Dr. Hamlin también se molestó al descubrir que varias frases de su tesis doctoral, escrita en 2007, aparecían palabra por palabra en la tesis del Dr. Díaz.

El Dr. Díaz rechaza las críticas en curso y dice que su grupo ha proporcionado explicaciones. “Sentí que era solo ruido de fondo”, dijo. “Estamos tratando de seguir impulsando nuestra ciencia”.

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

“Es volver a la naturaleza”, dijo el Dr. Díaz. “Así que eso te dice algo”.

Sarah Miller, vocera de la Universidad de Rochester, dijo que después de dos investigaciones universitarias “se determinó que no había evidencia para respaldar las preocupaciones”. También dijo que la universidad había “revisado el tema de retractarse del artículo de Nature de septiembre de 2022 y llegó a la misma conclusión”.

Con respecto a la copia de oraciones de la tesis doctoral del Dr. Hamlin, el Dr. Díaz dijo que debería haber incluido citas. “Fue mi error”, dijo el Dr. Díaz.

Ya se está distribuyendo una preimpresión que repite las mediciones de material de carbono-azufre-hidrógeno del documento retirado de 2020, pero incluso eso plantea dudas. “Son significativamente diferentes de las medidas originales”, dijo el Dr. Strobel. “Se podría argumentar que ni siquiera han reproducido los resultados ellos mismos”.

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

El Dr. Strobel dijo que comenzará a trabajar tan pronto como regrese de la conferencia en Las Vegas. “Podemos tener un resultado literalmente en un día”, dijo.

El Dr. Hirsch también dijo que espera que las respuestas lleguen rápidamente. “Si esto es correcto, prueba que mi trabajo durante los últimos 35 años está equivocado”, dijo. De lo cual me alegraría mucho, porque lo sabría.

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

kimberly mcgee contribuyó con reportajes desde Las Vegas.