Minggu ini, para ilmuwan mengumumkan kemajuan menarik menuju impian akan bahan yang dapat menghantarkan listrik dengan mudah dalam kondisi sehari-hari. Terobosan seperti ini dapat mengubah hampir semua teknologi yang menggunakan tenaga listrik, membuka kemungkinan baru untuk ponsel, kereta magnet, dan stasiun fusi daya masa depan Anda.

Biasanya, aliran listrik menemui hambatan saat bergerak melalui kabel, hampir seperti bentuk gesekan, dan sebagian energi hilang sebagai panas. Seabad yang lalu, fisikawan menemukan bahan, yang sekarang disebut superkonduktor, di mana hambatan listrik tampaknya menghilang secara ajaib. Tetapi bahan-bahan ini hanya kehilangan daya tahannya pada suhu yang sangat dingin, yang membatasi penerapan praktisnya. Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah mencari superkonduktor yang beroperasi pada suhu kamar.

Pengumuman minggu ini adalah upaya terbaru dalam upaya itu, tetapi itu datang dari tim yang menghadapi skeptisisme luas karena makalah tahun 2020 yang menggambarkan bahan superkonduktor menjanjikan tetapi kurang praktis. mundur Setelah ilmuwan lain mempertanyakan beberapa data.

Superkonduktor baru terbuat dari lutetium, logam tanah jarang, dan hidrogen dengan sedikit campuran nitrogen. Ini membutuhkan tekanan 145.000 psi sebelum mendapatkan kehebatan superkonduktornya. Ini adalah sekitar 10 kali tekanan yang diberikan di dasar palung laut terdalam.

Tapi itu juga kurang dari seperseratus dari apa yang dibutuhkan hasil tahun 2020, yang serupa dengan kekuatan rekahan yang ditemukan beberapa ribu mil jauhnya di dalam Bumi. Hal ini menunjukkan bahwa penyelidikan lebih lanjut terhadap material tersebut dapat mengarah pada superkonduktor yang beroperasi pada suhu kamar sekitar dan pada tekanan atmosfer tipikal 14,7 psi.

“Ini adalah awal dari jenis material baru yang berguna untuk aplikasi praktis,” kata Ranga P. Dias, seorang profesor teknik mesin dan fisika di University of Rochester di New York, di ruangan yang penuh dengan ilmuwan pada hari Selasa. Pada pertemuan American Physical Society di Las Vegas.

Itu adalah perhitungan lengkap dari hasil timnya Diterbitkan pada hari Rabu di Natureyang merupakan jurnal yang sama yang menerbitkan, dan kemudian mencabut hasil tahun 2020.

Tim di Rochester memulai dengan serpihan lutetium yang kecil dan tipis, logam putih keperakan yang merupakan salah satu unsur tanah jarang yang paling langka, dan memampatkannya di antara dua berlian yang saling terkait. Kemudian gas 99 persen hidrogen dan 1 persen nitrogen dipompa ke dalam ruang kecil dan diperas pada tekanan tinggi. Sampel dipanaskan semalaman pada suhu 150 derajat Fahrenheit, dan setelah 24 jam, tekanan dilepaskan.

Sekitar sepertiga dari waktu, proses menghasilkan hasil yang diinginkan: kristal biru kecil yang cerah. “Tidak semudah itu memasukkan nitrogen ke dalam lutetium hydride,” kata Dr. Dias.

Di ruang lab Universitas Rochester yang digunakan oleh kelompok Dr. Dias, mahasiswa pascasarjana Hiranya Basan mendemonstrasikan sifat variabel bahan yang mengejutkan selama kunjungan reporter minggu lalu. Saat sekrup dikencangkan untuk meningkatkan tekanan, warna biru berubah menjadi merah.

“Merah muda sekali,” kata Dr. Dias. Dengan tekanan yang lebih tinggi, katanya, “berubah menjadi merah cerah.”

Menyinari laser melalui kristal mengungkapkan bagaimana mereka bergetar dan membuka informasi tentang struktur.

Di ruangan lain, anggota tim Dr. Dias lainnya sedang melakukan pengukuran magnetik pada kristal lain. Saat suhu turun, gnome yang diproyeksikan muncul di data yang diplot di layar komputer, menunjukkan transisi ke superkonduktor.

“Itu pengukuran langsung yang kami lakukan sekarang,” kata Dr Dias.

Dalam makalah tersebut, para peneliti melaporkan bahwa kristal merah muda menunjukkan sifat utama superkonduktor, seperti resistansi nol, pada suhu hingga 70 derajat Fahrenheit.

“Saya sangat optimis,” kata Timothy Strobel, seorang ilmuwan di Carnegie Institution for Science di Washington yang tidak terlibat dalam penelitian Dr. Dias. “Data di surat kabar terlihat bagus.”

“Jika ini nyata, ini adalah terobosan yang sangat, sangat penting,” kata Paul CW Chu, seorang profesor fisika di University of Houston yang juga tidak terlibat dalam penelitian tersebut.

Namun, bagian “jika” dari sentimen itu berputar di sekitar Dr. Dias, yang dirundung oleh skeptisisme, kritik, dan bahkan tuduhan oleh beberapa ilmuwan bahwa dia memalsukan beberapa datanya. Temuan makalah Nature 2020 belum direproduksi oleh kelompok penelitian lain, dan kritikus mengatakan Dr Dias lambat mengizinkan orang lain untuk memeriksa datanya atau melakukan analisis independen terhadap superkonduktornya.

Editor Nature mencabut makalah sebelumnya tahun lalu karena keberatan dari Dr. Dias dan penulis lainnya.

“Saya kehilangan kepercayaan pada apa yang datang dari kelompok itu,” kata James Hamlin, profesor fisika Universitas Florida.

Namun, makalah baru tersebut lolos proses peer review di jurnal yang sama.

Seorang juru bicara Nature berkata: “Penarikan makalah penelitian tidak secara otomatis mendiskualifikasi penulis untuk mengirimkan manuskrip baru.” “Semua manuskrip yang dikirimkan dipertimbangkan secara independen berdasarkan kualitas dan ketepatan waktu pengetahuan mereka.”

Pada konferensi hari Selasa di Las Vegas, begitu banyak fisikawan memadati ruang konferensi yang sempit sehingga seorang moderator meminta beberapa orang untuk pergi agar mereka tidak perlu membatalkan presentasi. Setelah ruangan menipis, Dr. Dias dapat mempresentasikan temuannya tanpa gangguan. Saat mengucapkan terima kasih kepada penonton, moderator mengeluhkan bahwa mereka kehabisan waktu untuk bertanya.

Dr Strobel mengakui kontroversi yang sedang berlangsung seputar Dr Dias dan klaim tidak biasa sebelumnya yang belum direproduksi.

“Saya tidak ingin membaca terlalu banyak, tapi mungkin ada pola perilaku di sini,” kata Dr. Strobel. “Dia benar-benar bisa menjadi fisikawan hiperbarik terbaik di dunia, yang akan memenangkan Hadiah Nobel. Atau hal lain sedang terjadi.”

dibawah tekanan

Superkonduktivitas ditemukan oleh fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes dan timnya pada tahun 1911. Superkonduktor tidak hanya membawa listrik dengan hambatan listrik nol, tetapi mereka juga memiliki kemampuan aneh yang dikenal sebagai efek Meissner yang memastikan bahwa tidak ada medan magnet di dalam suatu material. .

Superkonduktor pertama yang diketahui membutuhkan suhu sedikit di atas nol mutlak, atau minus 459,67 derajat Fahrenheit. Pada 1980-an, fisikawan menemukan apa yang disebut superkonduktor suhu tinggi, tetapi bahkan superkonduktor itu menjadi jauh lebih dingin daripada yang kita temui dalam penggunaan sehari-hari.

Teori standar yang menjelaskan superkonduktivitas memprediksi bahwa hidrogen akan menjadi superkonduktif pada suhu yang lebih tinggi jika dapat dikompresi cukup keras. Tetapi bahkan berlian yang paling tahan banting pun akan pecah sebelum mencapai tekanan sebesar ini. Para ilmuwan mulai mengamati hidrogen yang bercampur dengan unsur lain, berpikir bahwa ikatan kimia dapat membantu memampatkan atom hidrogen.

Pada 2015, Mikhail Eremets, fisikawan di Max Planck Institute for Chemistry di Mainz, Jerman, melaporkan bahwa hidrogen sulfida—molekul yang terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom sulfur—berubah menjadi superkonduktor pada suhu 94 derajat Fahrenheit di bawah tekanan saat dikompresi menjadi sekitar 22 juta pound per inci persegi. Ini adalah rekor suhu tertinggi untuk superkonduktor pada saat itu.

Dr. Eremets dan ilmuwan lainnya kemudian menemukan bahwa lantanum hidrida—senyawa yang mengandung hidrogen dan lantanum—mencapai suhu superkonduktor kurang dari 10 derajat Fahrenheit di bawah tekanan yang sangat tinggi.

Dalam penelitian yang dijelaskan dalam makalah tahun 2020 yang ditarik, kelompok Dr. Dias menggunakan hidrogen, belerang, dan karbon. Para ilmuwan mengatakan bahwa, melalui tiga elemen, mereka dapat menyesuaikan sifat elektronik senyawa tersebut untuk mencapai superkonduktivitas suhu tinggi.

Namun, tidak semua orang mempercayainya.

Lawan utama Dr. Dias adalah Jorge Hirsch, fisikawan teoretis di University of California, San Diego. Dia berfokus pada pengukuran yang dilakukan oleh kelompok Dr. Dias tentang respons senyawa karbon, belerang, dan hidrogen terhadap medan magnet yang berfluktuasi, yang merupakan bukti efek Meissner. Plot di koran terlihat sangat bersih, dan para ilmuwan tidak menjelaskan bagaimana mereka mengecualikan pengaruh latar belakang di plot.

Ketika Dr. Dias merilis data mentah yang mendasarinya, Dr. Hirsch berkata, analisisnya menunjukkan bahwa data tersebut dihasilkan oleh rumus matematika dan tidak dapat diukur secara aktual dalam eksperimen. “Dengan analogi, Anda tidak mendapatkan rumus analitis,” kata Dr. Hirsch. “Anda mendapatkan angka dengan kebisingan.”

Keluhannya tentang Dr. Dias tumbuh begitu gigih dan intens sehingga orang lain di lapangan mengedarkan surat yang mengeluh tentang perilaku mengganggu Dr. Hirsch selama beberapa dekade.

Hirsch adalah seorang showman toko Cina yang membidik teori BCS, yang dirancang pada tahun 1957 oleh tiga fisikawan—John Bardeen, Leon N. Cooper, dan J. Robert Shriver—untuk menjelaskan cara kerja superkonduktivitas. Dalam banyak hal, katanya, BCS adalah “kebohongan”, tidak mampu menjelaskan efek Meissner. Dia datang dengan penjelasan alternatifnya sendiri.

Khususnya, Dr. Hirsch mengatakan bahwa tidak mungkin ada superkonduktivitas di salah satu bahan bertekanan tinggi ini karena hidrogen tidak bisa menjadi superkonduktor. Dia punya beberapa sekutu.

Sementara Dr. Hirsch dengan hati-hati mengatakan bahwa ilmuwan selain Dr. Dias tidak melakukan kesalahan, dia mengatakan bahwa mereka membodohi diri sendiri.

“Menurut saya, memo menjadi kesimpulan,” katanya.

resistensi dan reproduksi

Dr Hamlin dari University of Florida juga menyelidiki pengukuran magnetik dan mengatakan bahwa tampaknya data mentah berasal dari data yang dipublikasikan dan bukan sebaliknya.

Dr. Hamlin juga merasa terganggu karena beberapa bagian dari disertasi doktoralnya, yang ditulisnya pada tahun 2007, muncul, kata demi kata, dalam tesis Dr. Dias.

D menolak. Dias terus mengkritik dan mengatakan kelompoknya telah memberikan penjelasan. “Rasanya seperti kebisingan latar belakang,” katanya. “Kami mencoba untuk terus memajukan sains kami.”

Dia mengatakan dia masih berpegang pada temuan sebelumnya dan bahwa kertas Rabu menggunakan teknik baru untuk pengukuran magnetik. Dia mengatakan makalah tersebut melalui lima putaran pemeriksaan oleh pengulas dan bahwa semua data mentah di balik temuan telah dibagikan.

“Sudah kembali ke alam lagi,” kata Dr. Dias. “Jadi itu memberitahumu sesuatu.”

Setelah dua penyelidikan universitas, Sarah Miller, juru bicara Universitas Rochester, berkata, “Telah ditentukan bahwa tidak ada bukti yang mendukung kekhawatiran ini.” Dikatakan juga bahwa universitas telah “mempertimbangkan masalah penarikan makalah Nature pada September 2022 dan mencapai kesimpulan yang sama”.

Sedangkan untuk transkrip disertasi doktoral Dr. Hamlin, Dr. Dias mengatakan seharusnya menyertakan kutipan. “Itu salah saya,” kata Dr. Dias.

Ulangi pengukuran prepress karbon, belerang dan hidrogen dari makalah 2020 yang ditarik sekarang beredar, tetapi itu pun menimbulkan pertanyaan. “Mereka sangat berbeda dari pengukuran aslinya,” kata Dr. Strobel. “Orang bisa berargumen bahwa mereka tidak mereproduksi sendiri hasilnya.”

Karena bahan berbasis lutetium yang baru bersifat superkonduktor pada tekanan yang jauh lebih rendah, banyak kelompok peneliti lain akan dapat mencoba mereproduksi eksperimen tersebut. Dr Dias mengatakan dia ingin memberikan resep yang lebih akurat tentang cara membuat senyawa dan berbagi sampel, tetapi masalah kekayaan intelektual harus diselesaikan terlebih dahulu. Dia telah mendirikan sebuah perusahaan, Unearthly Materials, yang berencana mengubah penelitian menjadi keuntungan.

Dr Strobel mengatakan dia akan mulai bekerja segera setelah dia kembali dari konferensi Las Vegas. “Kami bisa mendapatkan hasil secara harfiah dalam sehari,” katanya.

Dr Hirsch juga mengatakan dia mengharapkan jawaban datang dengan cepat. “Jika ini benar,” katanya, “itu membuktikan bahwa pekerjaan saya selama 35 tahun terakhir salah.” “Yang mana saya akan sangat senang, karena saya akan tahu.”

Dr. Hirsch menambahkan, “Tapi saya pikir saya benar dan itu salah.”

Kimberly McGee Laporan kontribusi dari Las Vegas.