La investigación sobre los superconductores avanza a pesar de la controversia surgida por afirmaciones impactantes.

Con sus audaces afirmaciones sobre superconductores revolucionarios a temperatura ambiente, el físico Ranga Dias de la Universidad de Rochester en Nueva York impulsó el campo de la física de alta presión al centro de atención.

Ahora, después de dos retractaciones en artículos y acusaciones de plagio, hay una nube de sospecha en torno a Dias, y algunos físicos temen que personas ajenas puedan sospechar que todo el campo está en desorden. "El gran riesgo es que todo esto... arroje una luz negativa sobre este campo", dice la física teórica Lilia Boeri.

Pero muchos investigadores afirman que otras investigaciones sobre superconductores de alta temperatura son sólidas. Varios grupos han replicado resultados clave y los cálculos teóricos coinciden con los experimentos del mundo real. Los físicos están investigando nuevas clases de superconductores y confirmando predicciones teóricas. La esperanza es que estos avances graduales conduzcan eventualmente a los científicos a un superconductor más práctico.

"Lo triste es que se están realizando muchos trabajos interesantes en este campo, pero esta [controversia] ha acaparado mucha atención", afirma Boeri, de la Universidad La Sapienza de Roma.

Para reforzar aún más la legitimidad científica de sus afirmaciones, los científicos están desarrollando nuevas formas de identificar la superconductividad, debatiendo qué estándares deben cumplirse antes de que uno pueda afirmar haber alcanzado la superconductividad y discutiendo nuevas normas sobre el intercambio de datos.

El trabajo, dicen los científicos, podría ayudar a los investigadores a evitar futuras afirmaciones cuestionables de superconductividad, que no son infrecuentes en la física. "Todos reconocemos que nuestro campo corre el peligro de ser descartado por la comunidad científica en general debido a todos los falsos positivos", dice el físico teórico Peter Hirschfeld de la Universidad de Florida en Gainesville.

Con el poder de conducir electricidad sin resistencia, los superconductores prometen transformar la tecnología moderna, si se los puede hacer funcionar a temperaturas y presiones adecuadas para el uso diario. Esta tentadora posibilidad alimenta la exageración a niveles poco comunes en el ámbito típicamente esotérico de la investigación en física.

La primera afirmación sorprendente sobre superconductividad del grupo de Dias se produjo en 2020. Si bien la mayoría de los superconductores deben enfriarse a temperaturas muy frías para funcionar, un material de carbono, azufre e hidrógeno sigue siendo superconductor hasta 15° Celsius (59° Fahrenheit), dijo. y colegas informaron en Nature.

Ese material, como muchos de los superconductores de más alta temperatura, tuvo que ser comprimido a alta presión, lo que significa que no era factible para uso práctico. Aún así, supuestamente fue la primera demostración de un superconductor a temperatura ambiente largamente buscado.

Pero después de que otros científicos plantearon dudas sobre los datos y métodos, Nature se retractó del artículo, contra las protestas de Dias y los demás autores.

En marzo, el equipo de Dias respondió con un reclamo aún mayor. Un material hecho de lutecio, nitrógeno e hidrógeno se superconduce a temperatura ambiente y bajo presiones mucho más cercanas a la atmosférica, informaron en Nature.

Mientras tanto, los escépticos profundizaron en la historia de Dias, alegando plagio generalizado en su doctorado. tesis, según un análisis publicado en un artículo de noticias en Science. La excavación también señaló un artículo de 2021 del que Dias fue coautor en Physical Review Letters, o PRL, no relacionado con los dos artículos de Nature sobre superconductividad. Una investigación realizada por PRL encontró evidencia de fabricación de datos, informó Nature en julio. Con el acuerdo de todos los autores menos Dias, PRL se retractó del artículo el 15 de agosto.

Cuando se le preguntó sobre la retractación, Dias afirmó en un correo electrónico que “no ha habido ninguna fabricación o manipulación de datos ni ninguna otra mala conducta científica en relación con nuestro trabajo”.

Dias ahora está bajo investigación por parte de la Universidad de Rochester, dijo un portavoz de la universidad.

En medio de toda esta controversia, los extraños podrían imaginar que todo este campo es sospechoso, dice el físico Mikhail Eremets del Instituto Max Planck de Química en Mainz, Alemania. "Pero en realidad no es así en absoluto, porque otras personas... están haciendo un [trabajo] realmente bueno, excelente y muy bien confirmado".

La física de alta presión es altamente especializada y los experimentos que tienen éxito en un laboratorio pueden ser difíciles de replicar en otro lugar. Pero poco a poco se ha ido formando un consenso en torno a varios superconductores que batieron récords.

La investigación se centra en materiales ricos en hidrógeno conocidos como hidruros. Esta elección se inspiró en la predicción de que el hidrógeno puro se convertiría en un metal superconductor si se lo exprimiera a una presión extrema. Dado que esas presiones resultaron difíciles de alcanzar, los científicos agregaron otros elementos al hidrógeno con la esperanza de reducir la presión necesaria.

El primer gran éxito fue un compuesto de azufre e hidrógeno, que batió el récord en ese momento para el superconductor de temperatura más alta (SN: 15/12/15). Se superconduce hasta unos 203 kelvin (-70° C), informaron Eremets y sus colegas en Nature en 2015. Luego, en 2018, los científicos coronaron al poseedor del récord actual (sin contar el trabajo de Dias), un compuesto de lantano e hidrógeno, que es superconductor. hasta aproximadamente -20 ° C (SN: 10/09/18).

En ambos casos, varios grupos han confirmado los resultados. Y los cálculos teóricos coinciden en que los materiales son superconductores a estas altas temperaturas. Aun así, ambos superconductores requieren una presión de más de un millón de veces la presión de la atmósfera terrestre, lo que limita su utilidad práctica. Otros superconductores de alta temperatura, como el hidruro de itrio, también han sido replicados por múltiples grupos.

Por el contrario, los físicos han luchado por reproducir de manera concluyente el superconductor de lutecio del grupo Dias, o por encontrar una explicación teórica convincente para él. Sumado a las retractaciones anteriores, eso deja a muchos investigadores con dudas. "No confío en absoluto en ningún resultado de este grupo", dice el físico Dmitrii Semenok del Centro de Investigación Avanzada de Ciencia y Tecnología de Altas Presiones en Beijing.

En un correo electrónico, Dias descartó sus preocupaciones y escribió que "si la gente está luchando por replicar mi trabajo, eso no es sorprendente: no todos podrán hacer lo que a mí me llevó años lograr".

A la luz de las retracciones y réplicas fallidas, muchos físicos piensan que otros avances en este campo son más dignos de atención.

Un tema candente son los hidruros ternarios, materiales en los que el hidrógeno se combina con dos elementos adicionales en lugar de solo uno. Al explorar las muchas combinaciones posibles de elementos en la tabla periódica, los físicos esperan encontrar nuevos superconductores que funcionen a presiones más bajas y temperaturas más altas que los hidruros estudiados hasta ahora (SN: 19/03/21).

En junio, los científicos informaron sobre el primer ejemplo de un hidruro ternario con una estructura atómica completamente nueva, nunca vista en hidruros binarios anteriores. Hecho de lantano, berilio e hidrógeno, el material era superconductor hasta unos 100 kelvin (aproximadamente -173 °C), informan los investigadores en un artículo publicado en PRL. Eso no es un récord de ninguna manera. Pero el material requiere menos presión que otros hidruros, dice el físico Yanming Ma de la Universidad de Jilin en Changchun, China. “Tenemos el primer ejemplo. Luego, más adelante, tal vez la gente [construya] nuestro trabajo”.

En otro acontecimiento reciente, los físicos ataron un cabo suelto de hace una década. Finalmente se produjo un superconductor previsto en 2012, el hidruro de calcio, según informaron dos equipos independientes en 2022 en PRL y en Nature Communications. Este fue el primer superconductor de hidruro predicho con una estructura de “clatrato”, en la que los átomos de hidrógeno forman una jaula alrededor de otro tipo de átomo.

Desde entonces, esta estructura de clatrato se ha encontrado en otros superconductores de alta temperatura, incluido el poseedor del récord aceptado, el hidruro de lantano. El descubrimiento del hidruro de calcio "es un gran éxito", dice la física teórica Eva Zurek de la Universidad de Buffalo en Nueva York. "Ejemplos como este van en contra de decir... que todo el campo está haciendo un trabajo horrible".

Hasta ahora, los hidruros todavía requieren una fuerte presión para ser superconductores. "Es muy difícil reducir la presión de estos... hidruros a las condiciones ambientales", dice el físico teórico Hanyu Liu de la Universidad de Jilin.

Algunos físicos van más allá del hidrógeno. El físico Timothy Strobel está intercambiando otros elementos ligeros. Está estudiando clatratos formados no con hidrógeno sino con boro y carbono, los elementos quinto y sexto de la tabla periódica.

En tales materiales, “esperaríamos una superconductividad de temperatura moderadamente alta, pero no tan alta como la del hidrógeno”, dice Strobel, del Instituto Carnegie para la Ciencia en Washington, D.C.

Pero esa compensación puede valer la pena. Con tales materiales, los científicos esperan encontrar estructuras lo suficientemente resistentes como para persistir a la presión atmosférica. Es similar a la forma más llamativa del carbono, el diamante, que se forma bajo presión pero permanece intacto una vez que se libera esa presión. En un artículo publicado en enero en el Journal of the American Chemical Society, Zurek, Strobel y sus colegas predicen que algunos tipos de estos materiales podrían ser superconductores a temperaturas de hasta 88 kelvin (aproximadamente –185° Celsius) bajo presión atmosférica.

Esto podría parecer poco en comparación con los hidruros de alta presión. Pero temperaturas superiores a 77 kelvin (alrededor de -196 °C), el punto de ebullición del nitrógeno líquido, se pueden alcanzar más fácilmente en el uso práctico, porque no se requiere el costoso helio líquido como refrigerante. Por el contrario, las altas presiones actualmente son prohibitivas a efectos prácticos. Alcanzar la presión ambiente puede ser más importante que la temperatura ambiente, sostiene Strobel.

Paralelamente a la investigación de nuevos superconductores, los físicos de alta presión también debaten cómo evitar en el futuro controversias en su campo.

Algunos piden que se comparta más información sin procesar, con la intención de hacer que las afirmaciones sean más fáciles de verificar y los experimentos más fáciles de replicar. Semenok, por ejemplo, publica datos sin procesar en línea para la mayoría de sus artículos. Otros físicos en el campo encuentran atractiva la idea. "Esto realmente debería ser un estándar para las revistas más importantes", afirma Eremets. “En nuestra época, ¿por qué no?”

Si bien el grupo de Dias proporcionó datos asociados con su artículo sobre superconductor de lutecio en Nature, eso no ha satisfecho a otros científicos. "En mi opinión, básicamente ninguno de los datos que se han cargado son datos sin procesar", dice el físico James Hamlin de la Universidad de Florida en Gainesville. "Los datos sin procesar son un archivo de datos que fue creado por su software de medición el día de la medición y que luego no se tocó después de ese momento". Los datos del equipo de Dias no se ajustan a esos requisitos, dice Hamlin.

Los físicos también están trabajando para reforzar las pruebas de la superconductividad en sus materiales. No se trata solo de resistencia o falta de ella. Los superconductores presentan otras características. Un signo revelador es el efecto Meissner, en el que un material expulsa campos magnéticos. Este y otros efectos pueden ayudar a confirmar que la superconductividad es real.

Pero los experimentos de alta presión implican simples motas de material apretadas entre dos diamantes. En tales condiciones puede resultar difícil realizar mediciones claras del efecto Meissner y otras características distintivas de la superconductividad.

Por eso, los científicos están ideando formas adicionales de confirmar la superconductividad. Por ejemplo, cuando ciertos tipos de superconductores se exponen a un campo magnético y luego el campo magnético se apaga, un campo magnético residual queda atrapado dentro del superconductor. En un artículo de junio en Nature Physics, Eremets y sus colegas informaron mediciones de campos magnéticos atrapados tanto en hidruros de azufre como de lantano, solidificando aún más el caso de su superconductividad.

Algunos físicos también exigen una serie de criterios que se espera que cumplan los científicos antes de afirmar haber encontrado un nuevo superconductor. "Debería haber algún estándar general sobre lo que se debe probar para afirmar que hay superconductividad", dice Boeri.

Además de medir una caída dramática en la resistividad, Hirschfeld sugiere requerir otros marcadores de superconductividad, como demostrar que un campo magnético reduce la temperatura por debajo de la cual un material se convierte en superconductor. Se necesitarían varias otras mediciones para que la comunidad científica aceptara el resultado, que sería confirmado por grupos independientes.

A pesar de los esfuerzos por impulsar la investigación de superconductores, probablemente será difícil eliminar las afirmaciones falsas de superconductividad a temperatura ambiente. “No es algo raro; sucede de vez en cuando”, dice Semenok. El atractivo del superconductor a temperatura ambiente cobra gran importancia.

Un ejemplo: un supuesto superconductor a temperatura ambiente y presión ambiente llamado LK-99, del que se informó antes de la revisión por pares en arXiv.org en julio, se volvió viral en las redes sociales. Pronto, más investigaciones científicas desacreditaron en gran medida la afirmación.

En cuanto a Dias, su superconductor basado en lutecio todavía figura en el registro científico... por ahora. Después de que los investigadores expresaron su preocupación sobre el artículo, Nature comenzó a investigarlo. "Actualmente estamos evaluando las inquietudes que nos han planteado, pero no podemos discutir los detalles de esas inquietudes relacionadas con ningún artículo en particular mientras se llevan a cabo dichas evaluaciones posteriores a la publicación", dijo un portavoz de Nature.

El periódico ahora lleva una nota de advertencia del editor. La confiabilidad de los datos del artículo, dice, está en duda.

Nuestra misión es proporcionar al público noticias científicas precisas y atractivas. Esa misión nunca ha sido más importante que hoy.

Como organización de noticias sin fines de lucro, no podemos hacerlo sin usted.

Su apoyo nos permite mantener nuestro contenido gratuito y accesible para la próxima generación de científicos e ingenieros. Invierta en periodismo científico de calidad haciendo una donación hoy.