Z cudownym nadprzewodnikiem stało się to, co z innymi cudami. Miał zmienić świat, a okazał się blagą

• W lipcu pojawiła się publikacja, wedle której stworzono nowy materiał LK-99 o właściwościach nadprzewodnika w temperaturze pokojowej.
• Wiadomość rozeszła się po sieci, pojawiały się sprzeczne doniesienia o właściwościach materiału.
• Wyniki oficjalnych badań pokazały dowody na to, że materiał nie jest nadprzewodnikiem.
• LK-99 wzbudził bezprecedensową sensację w mediach społecznościowych i nadal są ludzie wierzący w jego cudowne właściwości.

Wątpliwości o właściwościach materiału zostały rozwiane w artykule na łamach "Nature". Niedawno, 28 sierpnia, te wyniki potwierdziła publikacja z zespołu londyńskiego Imperial College. Syntetyczny materiał został już rozłożony na części pierwsze przez poważne laboratoria. Mamy dość dowodów, że nie przyniesie nam oczekiwanej rewolucji. A mimo to nie przeszkadzają one ludziom wierzyć w cuda.

Viralowa sensacja

Naukową sensację tych wakacji obalono błyskawicznie. Dla porównania, nadprzewodnictwo tlenkowe miedzi zostało odkryte w 1986 roku, co mogłoby już dać nam bezstratny przesył energii w temperaturze pokojowej... gdybyśmy tylko wiedzieli, jak to działa. Niemal cztery dziesięciolecia później wciąż toczy się spór dotyczący mechanizmu nadprzewodnictwa w tych materiałach, a jednym z powodów jest wysoce złożony skład chemiczny miedzianów.

Porównując oba odkrycia, to LK-99 zostało rozebrane na czynniki pierwsze niemalże natychmiast.

Pierwszy uderzę się w pierś, że również dałem się porwać fali nadziei. Bo czemuż by nie? Rewolucyjny materiał z Południowej Korei, a potem relacje o odtworzeniu jego właściwości, szalenie pobudziły wyobraźnię. Do tego żyjemy w czasach, gdy ludzie na poważnie planują budowę kosmicznych hoteli albo wyznają miłość realistycznie zachowującym się robotom. Czasem płonie we mnie nadzieja, że doświadczę chwili dużego skoku technologicznego naszego gatunku.

Co prawda rozpędziłem się z tytułem w artykule o doniesieniach o LK-99, ale część mnie pozostawała sceptyczna. Nawet jeśli by się udało dowieść jego nadprzewodnictwa, to jak wypadłby w produkcji masowej, czy da się go przeskalować do reaktorów i jak długo utrzyma swój stan w praktyce? Ach, co zrobić, było zauroczenie i minęło.

Niektórym jednak ciężko porzucić nadzieje. Ludzie nadal dzielą się wynikami eksperymentów nad LK-99 i szukają dziury w całym. W tej chwili ciężko powiedzieć, czy są jakieś rzeczywiście nowe, czy to zwykłe repostowanie i zmyślanie dla uwagi. Po publikacji w "Nature" pojawiły się w sieci nawet teorie spiskowe!

Teorie spiskowe

Dotyczą głównie wiary, że obalenie nadprzewodnictwa LK-99 to wielka ściema, bo materiał jest tak fantastyczny, że poszczególne państwa chcą go zachować dla siebie. Spodobał mi się rzekomy dowód na tę sprawę, znaleziony na X.com (dawnym Twitterze). 

W tajemniczej wiadomości z chińskich social mediów ma padać enigmatyczne określenie "Akademicki Las" i zdanie "ptak, który się wychyla, zostaje pożarty".

Nawiązuje to do jednej z moich ulubionych powieści sci-fi i jednocześnie jednej z hipotez wyjaśniających Paradoks Fermiego - "Dark Forest", czyli dosłownie Ciemny Las albo Ciemna Puszcza. Książka, która spopularyzowała tę hipotezę i nadała jej nazwę to drugi tom sagi "Wspomnienie Przeszłości Ziemi" Cixin Liu.

Chodzi o założenie, że zaawansowane cywilizacje są jak zwierzęta w ciemnym lesie: ciche i ostrożne, bo jeśli zrobią hałas, to wyskoczy drapieżnik, który je pożre. Tym ma być cywilizacja jeszcze potężniejsza, polująca na innych nim ci staną się faktycznym zagrożeniem. Bądź z innych powodów.

Analogia wydaje się już oczywista. Czy ta teoria spiskowa ma jakieś podstawy? Prócz założeń na temat najgorszych cech ludzkiej natury, to nie specjalnie. Jeśli nawet pominiemy wszystkie wątpliwości na temat oryginalnego zespołu i ich publikacji, teoria ma źródło w rzekomej informacji przetłumaczonej z chińskiego na angielski, a jeszcze wcześniej z koreańskiego. Ta ukazała się na chińskich mediach społecznościowych i nie ma dowodów na to, kim naprawdę jest jej autor. 

Wśród sieciowych foliarzy urzekł mnie jeszcze gość tak wściekły na wyniki wzajemnych weryfikacji, że zaczął dyskusję o tym, jak to Reddit jest lepszym miejscem na publikowanie wyników niż oficjalne dzienniki.

Pomijając desperackie hipotezy, pojawiają się nadal publikacje, nanoszące nowe światło na LK-99. Nie, nie zaprzeczają dotychczasowym wynikom. Bardziej zadają sobie pytanie, czym może być ten materiał i czy aby na pewno tylko izolatorem.

– Powiedziałbym, że problem polega na tym, że nie wiemy czym właściwie jest LK-99 – napisał na X.com Kanta Ogawa, członek zespołu z londyńskiego Imperial College, badającego koncentrację tlenu w LK-99.

Chodzi o to, że proces syntetyzacji kryształu ma wiele parametrów, a przy manipulacji nimi mogą powstawać inne właściwości. Jednak nie ma co liczyć, że odkryją przy tym nowy cud. Na lewitujące pociągi jeszcze poczekamy.

Od czego się zaczęło?

Wszystko zaczęło się od publikacji pod koniec lipca. Zespół pod kierownictwem Sukbae Lee i Jin-Hoon Kima z Quantum Energy Research Centre pokazał światu preprinty (wersja naukowej pracy oddawana do formalnej recenzji) twierdząc, że stworzyli materiał LK-99 wykazujący właściwości nadprzewodnika w normalnym ciśnieniu i temperaturze pokojowej. Obecnie działające nadprzewodniki wymagają ekstremalnie niskich temperatur i ciśnień.

Zespół z Korei Południowej oparł swoje twierdzenie na dwóch cechach LK-99: uniesieniu nad magnesem (tzw. efekt Meissnera) i gwałtownym spadku oporności. Nim materiał przeszedł oficjalne testy, pojawiały się już doniesienia o sukcesach w jego odtworzeniu.

Zanieczyszczony materiał

Na social media o swoim sukcesie poinformowali 1 sierpnia br. naukowcy z chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii Huazhong w Wuhan. Przeprowadzili syntetyzację kryształu LK-99 i doprowadzili do jego lewitacji w polu magnetycznym, w temperaturze pokojowej i pod normalnym ciśnieniem. W sieci pojawiło się potem więcej niepotwierdzonych filmów, przedstawiających odtworzony LK-99 w stanie lewitacji.

Jednak oddzielne zespoły z Uniwersytetu Pekińskiego i Chińskiej Akademii Nauk (CAS), oba w Pekinie, znalazły zwyczajne wyjaśnienia dla tych zjawisk. Eksperymenty wykazały, że unoszenie się materiału wynika z ferromagnetyzmu - czyli zjawiska spontanicznego namagnesowania materii.

W innym miejscu zwrócono uwagę na specyficzną temperaturę, przy której LK-99 tracił znacząco na oporności w przewodzeniu prądu - 104,8 stopni Celsjusza.

– Pomyślałem, poczekaj, znam tę temperaturę – powiedział dla "Nature" Prashant Jain, chemik z University of Illinois w Urbana-Champaig.

Okazało się, że reakcja, która syntetyzuje LK-99 używa niezrównoważonego przepisu. Na każdą część, która tworzy kryształ substancji (fosforan ołowiowo-miedziowy) produkuje 17 części miedzi i 5 części siarki. Prowadzi to do licznych zanieczyszczeń, ze szczególną przewagą siarczku miedzi (Cu2S).

Prashant Jain zauważył, że 104 stopnie to temperatura, przy której ten związek przechodzi fazę przejściową i poniżej jej spada jego rezystywność – czyli wartość określająca jak mocno dany materiał przeciwstawia się przepływowi prądu elektrycznego.

Potwierdzenie działania siarczku miedzi w przewodzeniu prądu było "gwoździem do trumny", jak stwierdzili eksperci. Skąd więc wcześniejsze pomyłki?

Fioletowe kryształy

Kluczem okazało się uzyskanie czystej próbki substancji. Zespół z Max-Planck-Institut für Festkörperforschung w Stuttgarcie w Niemczech opublikował 4 sierpnia syntezę czystych, pojedynczych kryształów LK-99. 

Wynikiem były przezroczyste fioletowe kryształy czystego LK-99 (nazwany Pb8.8Cu1.2P6O25). Oddzielony od zanieczyszczeń nie jest nadprzewodnikiem, ale izolatorem o oporności w milionach omów – zbyt wysokiej, aby można było przeprowadzić standardowy test przewodności.

Wykazuje on niewielki ferromagnetyzm i diamagnetyzm (mówiąc w skrócie, odpychanie od magnesów), ale nie wystarczająco dużo do nawet częściowego uniesienia. "Dlatego wykluczamy obecność nadprzewodnictwa" – stwierdził zespół. Jego wyniki mają potwierdzać, że niezwykłe właściwości LK-99 pochodziły od zanieczyszczeń siarczku miedzi powstałych w procesie syntezy.

Do tej pory nikt nie potwierdził wyników z oryginalnej publikacji południowokoreańskich autorów.

Do czego może posłużyć nadprzewodnik?

"LK-99 ma wiele potencjalnych zastosowań, takich jak magnesy, silniki, kable, pociągi magnetyczne, przewody zasilające, kubity komputerów kwantowych, anteny terahercowe itp. Wierzymy, że nasze osiągnięcie to historyczne wydarzenie, które otworzy nową erę dla ludzkości" – napisali jego południowo-koreańscy autorzy. 

Materiały nadprzewodzące charakteryzują się brakiem oporu energetycznego. Mówiąc wprost: prąd przechodzi przez nie bez oporu, szybciej i wydajniej. Szybszy przesył to także lepsza praca urządzeń elektronicznych, np. komputerów. Mówimy o potencjalnym obniżeniu kosztów energii i zwiększeniu wydajności pracy na całym świecie, co przekłada się na oszczędności.

Haczyk polega na tym, że na nadprzewodniki nadają się jedynie niektóre pierwiastki, najczęściej stopy metali i spieki ceramiczne. Do tego muszą być schłodzone poniżej temperatury krytycznej. Dla każdego materiału jest inna i często zbliżona do stanu zera absolutnego: -273,15 stopni Celsjusza. Niektóre wymagają jeszcze wysokiego ciśnienia. Trzymanie nadprzewodników w ekstremalnych warunkach wyklucza ich zastosowanie w praktyce, bo to samo w sobie energetycznie kosztowne przedsięwzięcie.

Nadprzewodniki będące tlenkiem bizmut, strontu, wapnia i miedzi (z angielskiego BSCCO) mają obecnie pożyteczne zastosowania. Na przykład dziesiątki kilometrów przewodów nadprzewodzących BSCCO-2223 przy temperaturze 77 K są używane w odprowadzeniach prądowych Wielkiego Zderzacza Hadronów w CERN. Główne cewki pola magnetycznego wykorzystują metaliczne nadprzewodniki o niższej temperaturze, przeważnie oparte na niobie i cynie.