Эта новая технология «больше, чем ИИ», по словам ученых, которые ее создали. Она является темой самой популярной статьи, которую я когда-либо написал — «Технология, которая изменит всё», — поскольку обещает полностью трансформировать вычисления, энергетику, медицину и экономику одновременно. Это максимально приближено к научной фантазии о машине вечного движения, машине, которая будет продолжать работать без какого-либо энергопотребления с нашей стороны. Это не только станет самым важным изобретением 21-го века, но и приведет к второй промышленной революции и сэкономит нам миллиарды долларов каждый год только на энергосистеме.
Мы говорим о знаменитых сверхпроводниках.
Сверхпроводники — это вещества, которые помогают уменьшить потери энергии на тепло. Мы видим эту проблему повсюду, от телефонов до компьютеров, от самолетов до электросетей. Большая часть генерируемой энергии теряется в процессе передачи, снижая эффективность сетей и наших электрических устройств. Но сверхпроводники не имеют этой проблемы. Благодаря особым свойствам этих материалов они могут передавать электричество без потерь энергии, что приводит к огромному увеличению эффективности и более мощной электронике. В некоторых исследованиях ученые смогли поддерживать электрический ток внутри сверхпроводящего кольца в течение многих лет без добавления дополнительной энергии к току. Эти токи теоретически могли бы течь вечно или, по крайней мере, сотни тысяч лет без потерь энергии на тепло или трение.
Быстрее транспорт, более портативные медицинские устройства, более эффективные электромагниты, более безопасная и эффективная энергосистема — включая использование в ветряных турбинах и термоядерных электростанциях. Новая эра для мира.
«Если бы вы нашли сверхпроводник при комнатной температуре и нормальном давлении, возник бы совершенно новый ряд технологий, о которых мы даже не начинали мечтать». — Ева Зурек, вычислительный химик.
Как и у всех великих вещей, здесь, конечно, есть своя цена.
Сверхпроводящие вещества всегда требовали либо интенсивного давления, либо чрезвычайно низких температур, приближающихся к абсолютному нулю, самой низкой возможной температуре (-459,67 °F или -273,15 °C). Эта низкая температура является ключом к созданию сверхпроводящих материалов: в таком холодном состоянии движение атомов сводится к минимуму, и это означает, что электроны больше не сталкиваются с атомами, вызывая потерю энергии. Нет сопротивления. Для охлаждения этих веществ ученые используют жидкий гелий.
Альтернативой является использование огромного давления. Исследования, которые смогли создать сверхпроводящие материалы при более высоких температурах (-94 °F или -70 °C), все требовали давления около 155 гигапаскалей (ГПа). Для сравнения, давление в центре Земли составляет 350 ГПа, что в 3,5 миллиона раз превышает атмосферное давление на уровне моря. Давление на самой глубокой части океана, Марианской впадине, составляет 0,1 ГПа. Это означает, что для создания сверхпроводящих материалов требовалось давление, равное половине давления в центре планеты.
Мечта заключается в создании сверхпроводника при комнатной температуре и нормальном давлении. И это почти то, что ученые сейчас утверждают, что сделали. Хотя сверхпроводящий материал не работает при точно нормальном давлении, он функционирует при всего 1 ГПа, что является огромным улучшением по сравнению с предыдущими измерениями.
Это вызвало шумиху в научном сообществе, но также создало глубокий раскол среди ученых. Некоторые полностью отвергли утверждение, другие яростно его поддержали. Предполагая, что результаты верны, физик Джеймс Хэмлин описал это как «потрясающее, новаторское, очень захватывающее открытие».
Исследователи, находящиеся под пристальным вниманием, возглавляются Рангой Диасом, доцентом машиностроения и физики в Университете Рочестера. Чтобы создать свой сверхпроводящий материал, команда использовала супергидрид на основе лютеция. Гидриды — это комбинация водорода и более тяжелых атомов (обычно серы или других металлов), причем водород является ключом к сверхпроводимости. Также вводятся углерод, азот и другие атомные материалы для изменения свойств образцов. Эта комбинация необходима, потому что водород в своей металлической форме проявляет сверхпроводящие свойства при огромном давлении, но ученые обнаружили, что сочетание водорода с несколькими другими элементами позволяет водороду стать сверхпроводящим металлом при более разумных давлениях. Гидриды использовались в исследованиях на протяжении многих лет, позволяя ученым достигать сверхпроводимости при 8 °F (-13 °C) и 190 ГПа.
Образец Диаса был смесью лютеция, водорода и азота, которую подвергали температурам 392 °F (200 °C) в течение нескольких дней. Затем образец сжимали с помощью ячейки алмазного наковальни при давлениях около 2 ГПа. Сверхпроводящие свойства образца регулярно тестировались при уменьшении давления, и команда обнаружила, что эти удивительные свойства сохраняются даже при всего 1 ГПа и комнатной температуре.
Образцы смогли соответствовать всем научным требованиям сверхпроводника, включая снижение сопротивления и эффект Мейснера. Этот эффект является ключевой характеристикой сверхпроводников и связан с их способностью вытеснять магнитное поле. Это именно те данные, которые ученые надеялись увидеть при создании сверхпроводников при комнатной температуре и почти нормальном давлении.
Есть одна проблема. Именно она вызывает такой жаркий раскол в научном сообществе: прошлое команды.
Многие члены команды были обвинены в научной недобросовестности, и одна из предыдущих статей, опубликованная Диасом в научном журнале Nature, была отозвана из-за споров вокруг данных. В статье указывалось, что углеродистый серный гидрид (CSH) стал сверхпроводником при 57 °F (14 °C) и 267 ГПа. Однако процедура, касающаяся магнитных полей, позже противоречила исходным данным, опубликованным Диасом и соавтором Ашканом Саламатом, где они подробно описали другой — и необычный — метод обработки магнитных помех.
Обычно измерение магнитной восприимчивости гидрида проводится, когда образец находится в ячейке алмазного наковальни, что часто содержит фоновый шум. Ученые проводят независимое измерение фона и затем вычитают его из исходных данных, чтобы получить окончательное измерение магнитной восприимчивости. Однако Диас и Саламат удалили магнитные помехи новым и неортодоксальным способом, что заставило некоторых физиков полагать, что данные были сфальсифицированы. Диас возразил, что они не были сфальсифицированы, а просто неправильно поняты.
Затем физики начали отмечать, что некоторые данные о электрическом сопротивлении образцов также казались сфальсифицированными, а другая часть оставалась нераскрытой. Были обвинения в том, что данные в статье Диаса были сфабрикованы, а не наблюдались. Место работы Диаса, Университет Рочестера, провело два расследования по этому вопросу и в итоге поддержало Диаса. Независимые лаборатории также не смогли воспроизвести результаты Диаса из этой статьи, но это может быть частично связано с тем, что такого рода лабораторные тесты могут занять время для полного воспроизведения.
Еще один член команды, Мэтью Дебессай, также имел статью о сверхпроводимости, отозванную из-за обвинений в манипуляции данными. И самые последние статьи Диаса о сульфиде марганца также находятся под обвинениями в копировании и вставке данных из несвязанных исследований. В частности, утверждалось, что данные о электрическом сопротивлении из этой последней статьи были копией данных из докторской диссертации Диаса 2013 года. Саламат ответил, что данные не были скопированы, а просто были похожими, и что сравнение наборов данных было несправедливым.
Диас остается непреклонным в том, что его данные подлинны. Он продолжает проводить эксперименты в разных лабораториях по всей стране и приглашает независимых ученых прийти и наблюдать. Он уверен, что новая статья, которую он представил в Nature, превзойдет его предыдущую, устранив любые сомнения, которые могут остаться у других относительно его работы. Новый член команды Диаса, Нилеш Салке, утверждает, что материал действительно является тем, чем он заявлен. Веха в области сверхпроводимости.
Новая статья Диаса прошла исключительно строгий процесс рецензирования и затем была подвергнута дополнительному обзору Nature. Он также представил свои исходные данные вместе с новой статьей, демонстрируя уязвимость и открытость, надеясь повысить уверенность неверящих ученых. Из-за истории Диаса Nature, вероятно, работала сверхурочно, оценивая его работу, но решила опубликовать статью 8 марта. Многие эксперты считают, что Диас не стал бы подавать еще одну статью, которую могут отозвать, предпочитая верить утверждениям физика. Несмотря на бурное прошлое команды, говорят они, мы все же должны учитывать их данные.
«Ключевые поля, которые вы хотите предоставить, чтобы доказать сверхпроводимость, это электрическое сопротивление, которое становится нулевым, магнитная восприимчивость — что является демонстрацией вытеснения магнитных полей — и измерения теплоемкости. Это три разных направления. В этой статье наша группа выполнила все три измерения, включая субизмерения». — Ранга Диас.
Хотя ученые надеются, что Диас отправит образцы своего сверхпроводящего материала в другие лаборатории для воспроизведения, Диас и Саламат теперь основали Unearthly Materials, стартап с 20 миллионами долларов поддержки от Spotify, OpenAI и других. Их лютеция гидрид находится в процессе патентования, поэтому маловероятно, что образцы будут отправлены по почте. Учитывая их закрытый характер, точные методы и процедуры, использованные командой, также могут остаться нераскрытыми. Но несмотря на все это, есть надежда. Диас и его команда предоставили четкие инструкции по воспроизведению материала в лабораториях. Они говорят, что надеются, что лаборатории займутся процессом воспроизведения, чтобы область сверхпроводников могла продолжать расти и развиваться. Некоторые ученые приняли его предложение, другие говорят, что не будут тратить свое время.
Если другая лаборатория сможет воспроизвести результат, это откроет широкие возможности для этого нового материала. Не только для исследования самого материала — его структуры, соотношения компонентов, понимания теорий сверхпроводимости — но и для изучения его применения в повседневной жизни. Синева новой технологии приближается, если эти результаты удастся избежать мрачного прошлого.