Jesteśmy świadkami dosyć niespotykanego wydarzenie w świecie nauki. Z jednej strony mamy na razie do czynienia z tzw. pre-printem, a nie publikacją pełnego recenzowanego artykułu naukowego, ale z drugiej, proces stojący za odkryciem jest relatywnie prosty do zreplikowania i jestem przekonany, że w tej chwili wiele zespołów naukowych na świecie tym się właśnie zajmuje. Co więcej, jeden z kluczowych współautorów eksperymentu deklaruje pełne wsparcie każdemu, kto ma chęć powtórzyć proces na własną rękę.
To może oznaczać, że tym razem nie mamy do czynienia z naukowym oszustwem, których w temacie nadprzewodników niestety nie brakowało. Trudno zliczyć, ile już takich "rewolucyjnych" publikacji trzeba było wycofać z obiegu. To co je jednak odróżniało, to właśnie niemożliwość łatwej weryfikacji, tajne procesy, lub niedostępne materiały.
Artykuł o nadprzewodnikach wysokotemperaturowych został opubilkowany kilka dni temu na platformie rXiv. Już w tej chwili widać, że dosyć mocno wstrząsa naukową społecznością na całym świecie. Sam tytuł wystarczył, aby przyciągnąć uwagę - "Pierwszy nadprzewodnik w temperaturze pokojowej i przy ciśnieniu atmosferycznym". Drugi artykuł zgłębiał szczegóły tego niezwykłego twierdzenia. Jeżeli zastanawiasz się, jakie znaczenie mają nadprzewodniki działające w temperaturze pokojowej, to kilka pomysłów znajdziesz na końcu tego wpisu. Na tę chwilę wystarczy, że uwierzysz na słowo - wynalezienie takiego materiału totalnie zmieni trajektorię cywilizacji. Stąd cały szum i ogromne zainteresowanie społeczności naukowej.
Spróbujmy rozbić te przełomowe twierdzenia i ocenić ważność prezentowanych dowodów. Zespół informuje o materiale wzbogaconym w miedź na bazie ołowiu, oznaczonym jako LK-99. Aby go stworzyć, początkowo przygotowują minerał znany jako lanarkit (Pb2(SO4)O) z tlenku ołowiu i siarczanu ołowiu. Jednocześnie, z miedzi i fosforu produkują fosforek miedzi (Cu3P). Następnie, oba związki są łączone w równych częściach, zamykane w próżnoiwej rurce kwarcowej i podgrzewane do 925°C. Powstaje końcowy produkt, nazwany LK-99 lub Pb10-xCux(PO4)6O, który wygląda jak ciemna substancja polikrystaliczna. Jego struktura jest uderzająco podobna do apatytu ołowiu, minerału fosforanowego znanego nauce, ale niektóre atomy miedzi zamieniają się miejscami z ołowiem w siatce, co powoduje nieco mniejszą komórkę elementarną.
Badacze proponują, że to modyfikacja struktury LK-99 prowadzi do jego zdumiewających właściwości nadprzewodzących. Substancja rzekomo wykazuje nadprzewodnictwo nie tylko w temperaturze pokojowej, ale nawet przekraczającą punkt wrzenia wody, z krytyczną temperaturą dochodzącą do oszałamiających 127°C! To twierdzenie jest wręcz niewiarygodne i doprowadziło do powstania zupełnie nowego określenia: nadprzewodnik w temperaturze wrzenia.
Według badaczy, ich zmieniona struktura materiału indukuje liczne "studnie kwantowe" pomiędzy pewnymi atomami ołowiu a sąsiadującymi atomami tlenu w grupach fosforanowych do nich przyłączonych. Tworzy to efektywnie dwuwymiarowy "gaz elektronów". Teoria mówi, że tunelowanie elektronów między tymi studniami kwantowymi, które są rozstawione między 3,7 a 6,5 Ångstroma, odpowiada właśnie za mechanizm nadprzewodnictwa. Cytowani naukowcy prezentują szereg danych mający potwierdzić wynik eksperymentu, w tym dyfrakcję rentgenowską, EPR i inne.
Metoda przygotowania LK-99 jest zaskakująco prosta. W chwili obecnej laboratoria na całym świecie próbują odtworzyć te twierdzenia. I biorąc pod uwagę wcześniejsze przykłady badań nad nadprzewodnikami - które wymagały wyspecjalizowanego sprzętu - ten nowy raport jest niezwykle łatwy do przetestowania.
Jeśli to prawda, to odkrycie jest naprawdę rewolucyjne - dotykające w zasadzie wszystkich domen cywilizacji, gdzie pojawia się energia elektryczna - od układów scalonych, przez silniki, po "kosmiczne windy" i komputery kwantowe. Nagroda nobla będzie tylko formalnością.
Chociaż nadal nie wiadomo, czy LK-99 zostanie wykorzystany przemysłowo z powodu ograniczonej pojemności prądu przy wysokich temperaturach, są perspektywy poprawy tego przez optymalizację procesu syntezy i fabrykacji. Ale co ważniejsze, jeśli taki materiał może istnieć, otwiera drogę do odkrycia innych materiałów nadprzewodzących ze studniami kwantowymi. Dla nauki to będzie jak "gorączka złota", a świat zmieni się bardziej niż przy poprzednich rewolucjach (silnik parowy, spalinowy, energia elektryczna, lodówka, komputery, internet, etc.).
Potencjalne zastosowania nadprzewodników w temperaturze pokojowej są ogromne, od magazynowania energii, anten, silników elektrycznych, aż po elektrownie jądrowe. Dzięki efektywnemu nadprzewodnikowi moglibyśmy w końcu pożegnać się ze stratami energii w transmisji prądy elektrycznego na bardzo dużych dystansach. Zanim stworzymy reaktory zimnych fuzji, można będzie wykorzystać elektrownie słoneczne na Saharze (oczywiście o znacznie zwiększonej efektywności, do tej znanen dzisiaj) i tym prądem zasilać całą Europę, czy inne kontynenty. Dzisiaj to praktycznie niemożliwe, ze względu właśnie na ograniczenia fizyczne wynikające z istnienia tzw. rezystancji (oporności) - prowadzącej do strat w przesyle energii.
Hyun-Tak Kim, jeden z naukowców i autorów tej (potencjalnie) przełomowej pracy, otwarcie zadeklarował gotowość do wspierania każdego, kto podejmie próbę odtworzenia ich eksperymentów. Kim, podczas jednego z wywiadów, poruszył kwestię efektu Meissnera, który sprawia, że nadprzewodnik unosi się nad powierzchnią konwencjonalnego magnesu.
W jednym z prezentowanych filmów, jego zespół umieścił kawałek LK-99 na magnesie. Materiał wyraźnie unosił się nad powierzchnią magnesu. Zwrócił jednak uwagę, że tylko jedna krawędź płaskiego, przypominającego monetę materiału, w pełni lewituje, podczas gdy druga wydaje się utrzymywać kontakt z magnesem. Tłumaczy, że jest to spowodowane niedoskonałościami próbki.
Kim jest świadomy sceptycyzmu, który towarzyszy odkryciu jego zespołu. Mimo to, zapewnił, że gdy tylko wyniki badań zostaną opublikowane w recenzowanym czasopiśmie - co, jak powiedział, jest w trakcie - chętnie wesprze każdego, kto zechce stworzyć i przetestować LK-99 na własną rękę.
Sądzę, że w ciągu najbliższych dni przekonamy, się, czy komuś udało się zreplikować wyniki z tej rewolucyjnej pracy. Z lekkim sceptycyzmem (naturalnym) trzymam kciuki. Niech za zamknięcie wtego wpisu posłuży cytat z omawianej pracy:
A brand-new historical event that opens a new era for humankind.
Replikacja potwierdzająca musi obejmować następujące elementy:
- Odtworzenie syntezy LK-99
- Potwierdzenie, że temperatura krytyczna (Tc) przekracza 127°C - Tc to temperatura, w której lub poniżej której materiał staje się nadprzewodzący.
- Potwierdzenie, że rezystancja spada do określonego progu 10^-10 Ω-cm - prawdziwe nadprzewodniki wykazują niemal zerową rezystancję elektryczną poniżej temperatury krytycznej.
A poniżej kilka innowacji, które zapowiada nadejście nadprzewodników:
- Układy scalone o wyższej prędkości - Nadprzewodniki mogą umożliwić tworzenie układów scalonych, które przetwarzają informacje z dużo większą prędkością, dzięki braku oporu elektrycznego.
- Chłodzenie układów scalonych - Nadprzewodniki mogą pomóc w rozwiązaniu problemu nadmiernego nagrzewania się układów scalonych, co jest szczególnie ważne w przypadku układów o wysokiej gęstości i szybkości.
- Efektywne zasilanie - Nadprzewodniki mogą zminimalizować straty energii w układach scalonych, dzięki czemu urządzenia mogą być bardziej energooszczędne.
- Komputery kwantowe - Nadprzewodniki są kluczowym elementem w technologii komputerów kwantowych. Komputery kwantowe oparte na nadprzewodnikach mogą przewyższać tradycyjne komputery pod względem szybkości i możliwości przetwarzania.
- Nano-elektronika - Nadprzewodniki mogą umożliwić tworzenie jeszcze mniejszych i wydajniejszych układów scalonych, otwierając drogę do nano-elektroniki.
- Silniki elektryczne o wyższej wydajności - Nadprzewodniki mogą znacząco zredukować opór elektryczny w silnikach, zwiększając ich wydajność energetyczną.
- Silniki o większej mocy - Nadprzewodniki mogą umożliwić tworzenie silników o znacznie większej mocy w porównaniu do obecnych, bez dodatkowego wzrostu ich wielkości.
- Ultra wydajne sieci energetyczne - sieci przesyłowe i dystrybucyjne z minimalnymi stratami energii.
- Maglev dla mas - tańsze i bardziej efektywne systemy transportu magnetycznego, takie jak pociągi maglev.
- Nowa generacja skanerów MRI - skanery mogą stać się tańsze i bardziej dostępne.
- Nowa generacja sprzętu audio - sprzęt audio o wyższej jakości dźwięku.
- Energia bezprzewodowa - systemy bezprzewodowego przesyłu energii z minimalnymi stratami.
- Przenośne urządzenia diagnostyczne - tańsze, bardziej przenośne i wydajne urządzenia medyczne, takie jak EKG.
- Ultra wydajne pojazdy elektryczne - pojazdy elektryczne z większą wydajnością i dłuższym zasięgiem.
- Energooszczędne domy - systemy grzewcze i chłodnicze z wykorzystaniem nadprzewodników mogą znacznie zmniejszyć zużycie energii w domach.
- Statki kosmiczne o większym zasięgu i prędkości - Nadprzewodniki mogą umożliwić tworzenie silników dla statków kosmicznych o znacznie większej prędkości i zdolności do pokonywania znacznie dłuższych dystansów w kosmosie.
- Nowa generacja satelitów - lżejsze i wydajniejsze satelity.
I jeszcze kilka bardziej futurystycznych:
- Teleportacja kwantowa na większą skalę - Nadprzewodniki mogą pomóc w osiągnięciu skomplikowanych procesów kwantowych na większą skalę, takich jak teleportacja kwantowa.
- Światłowodowy internet kwantowy - Nadprzewodniki mogą pomóc w tworzeniu światłowodów kwantowych dla super szybkiego, bezpiecznego i globalnego internetu.
- Zasilanie miast za pomocą energii jądrowej fuzyjnej - Nadprzewodniki mogą pomóc w utrzymaniu wysoce skomplikowanych i intensywnych pól magnetycznych potrzebnych do trzymania plazmy w reaktorach fuzyjnych, co mogłoby przynieść nam nieograniczone źródło czystej energii.
- Podróż w czasie - Teoretycznie, nadprzewodniki mogą umożliwić tworzenie potężnych pól magnetycznych, które mogą wpływać na czasoprzestrzeń - choć jest to daleko poza obecnym stanem wiedzy naukowej i praktycznej.
- Wzmacniacze siły - Nadprzewodniki mogą pomóc w tworzeniu bardziej efektywnych i lekkich egzoszkieletów lub robotów, które mogą znacznie zwiększyć ludzką siłę fizyczną.
- Niezwykle precyzyjne teleskopy - Użycie nadprzewodników do tworzenia ekstremalnie precyzyjnych luster i innych komponentów mogłoby umożliwić budowę teleskopów zdolnych do obserwacji dotychczas niewidocznych obszarów Wszechświata.
- Super szybkie windy kosmiczne - Nadprzewodniki mogą umożliwić budowę tzw. wind kosmicznych, które mogłyby transportować ładunki na orbitę bez konieczności stosowania rakiet.
- Interaktywne, inteligentne ubrania - Nadprzewodniki mogą umożliwić tworzenie ubrań, które są w stanie monitorować nasze zdrowie, dostosowywać się do temperatury, a nawet zapewnić pewien stopień ochrony przed urazami.
- Generatory siłowe - Nadprzewodniki mogą umożliwić tworzenie generatorów siłowych, które mogłyby działać jako niewidoczne, ale nieprzeniknione bariery.
- Sztuczne grawitacyjne pola - Teoretycznie, jeśli nadprzewodniki mogą manipulować polami magnetycznymi na wystarczająco dużej skali, mogą być zdolne do generowania sztucznych pól grawitacyjnych.
Aktualizacja: wygląda na to, że LK-99 nie jest jednak nadprzewodnikiem. Więcej informacji w tym artykule: LK-99 isn’t a superconductor — how science sleuths solved the mystery
Żródła:
- The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor
- Superconductor Pb10−xCux(PO4)6O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism
- Breaking Superconductor News
- (Trzecia praca naukowa z pełną recenzją) Consideration for the development of room-temperature ambient-pressure superconductor (LK-99)
