- Kore'deki Quantum Energy Research Centre araştırmacılarının oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında süperiletken olduğu iddiasına yönelik olarak Argonne National Laboratory dahil çeşitli ekipler yeniden üretim deneylerine başladı, ancak fizikçiler makaledeki ayrıntılar ve verilerin kalitesi nedeniyle temkinli yaklaşıyor
- 22 Temmuz'da arXiv'e yüklenen hakem değerlendirmesinden geçmemiş iki preprint, bakırla katkılanmış kurşun-oksijen-fosfor temelli bir malzemenin atmosfer basıncında en az 400K'ye kadar direnci olmadan akım taşıdığını öne sürüyor
- Dayanak olarak sıfır direnç ve manyetik alanı dışlama gibi süperiletkenliğe işaret eden veriler sunuluyor, ancak bazı uzmanlar verilerin sunuluş biçiminin zayıf ve fiziksel açıklamanın yetersiz olduğunu düşünüyor
- Kuşkuculuk, başlangıç malzemesi olan kurşun apatitin iletken olmayan bir mineral olması, bakır ikamesinin elektriksel özellikleri büyük ölçüde değiştirmesinin zor görünmesi ve ağır kurşun atomlarının elektron çifti oluşumunu engelleyebilmesi noktalarında yoğunlaşıyor
- Son karar ölçütü yeniden üretim olacak; kurşun apatitin kendisi iyi bilinen bir malzeme olsa da 4 günlük çok aşamalı küçük ölçekli katı hâl sentezi sosyal medyadaki tepkilerin düşündürdüğü kadar basit değil
Oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında süperiletkenlik iddiası ve yeniden üretim yarışı
- Kore'deki Quantum Energy Research Centre'dan Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim ve çalışma arkadaşları 22 Temmuz'da arXiv'e ilgili iki preprint yükledi
- Temel iddia, bakırla katkılanmış kurşun-oksijen-fosfor temelli bir malzemenin atmosfer basıncında, suyun kaynama noktasının üstündeki en az 400K sıcaklığa kadar süperiletkenlik gösterdiği yönünde
- Doğruysa bu, yoğun madde fiziğinde büyük bir keşif olabilir ve havada süzülen araçlar ya da son derece verimli elektrik şebekeleri gibi teknolojik olasılıklarla da bağlantı kurabilir
- Ancak makalelerde ayrıntılar yetersiz olduğu için birçok fizikçi verilere ve sunum biçimine kuşkuyla yaklaşıyor
- Argonne National Laboratory dahil çeşitli araştırma ekipleri bu malzemeyi üretmeye ve yeniden üretim deneyleri yapmaya başlamış durumda
Süperiletkenler neden önemli
- Süperiletkenler, elektrik akımını direnç olmadan iletebilen malzemelerdir
- MRI cihazlarındaki büyük elektromıknatıslar süperiletken tellerden yapılır; akımın dirençsiz akması sayesinde ısınma ya da devasa enerji tüketimi olmadan güçlü manyetik alanlar üretilebilir
- Kablosuz iletişimde kullanılan frekans filtrelerinden parçacık hızlandırıcılara kadar birçok alanda süperiletkenlerden yararlanılır
- Sıradan kristal katılarda elektronlar, kafesteki titreşen atomlara çarptıkları için kolay hareket edemez
- Bazı malzemelerde yeterince düşük sıcaklıkta elektronlar gevşek biçimde bağlı elektron çiftleri oluşturur; düşük sıcaklıktaki kafes titreşimleri bu çiftleri bozacak kadar güçlü olmadığından elektronlar engellenmeden hareket eder
Klasik süperiletkenler ve yüksek sıcaklık süperiletkenleri bağlamı
- Kurşun, cıva, niyobyum ve kalay gibi çeşitli elementel metaller ile alaşımlar mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara soğutulduklarında süperiletken olur
- 1950'lerde fizikçiler, klasik süperiletkenlerde kafes titreşimlerinin elektron çiftlerini oluşturan yapıştırıcı görevi gördüğünü açıkladı
- 1980'lerde bakır ve oksijen katmanları içeren karmaşık bileşiklerin en fazla 133K'de süperiletkenlik gösterdiği doğrulandı
- Daha sonra demir ve arsenik katmanları içeren bileşiklerin de buna yakın sıcaklıklarda süperiletkenlik gösterebildiği keşfedildi
- Daha yakın dönemde hidrojen, kükürt ve karbon içeren bileşiklerin yüksek basınç altında oda sıcaklığında süperiletkenlik gösterdiğine dair tartışmalı iddialar da ortaya atıldı
Koreli araştırmacıların sunduğu kanıtlar
- Preprint'ler, kurşun, oksijen ve fosfordan oluşan sıradan bir malzemenin bakırla “seasoned” ya da katkılanmış hâlinin nihai süperiletken olduğunu öne sürüyor
- İddiaya göre numune fırınlanarak üretildikten sonra laboratuvar tezgâhında oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında tutulsa bile akımı dirençsiz biçimde taşıyabiliyor
- Araştırmacılar, direncin sıfıra indiğini gösteren verilerle birlikte malzemenin manyetik alanı dışlıyor gibi göründüğünü gösteren veriler de sundu
- Manyetik alanı dışlama, süperiletkenlik değerlendirmesinde önemli bir belirti kabul edilir
- Söz konusu preprint'ler hakem değerlendirmesinden geçmedi ve Science'ın yorum talebine araştırmacılar yanıt vermedi
Fizikçilerin şüphe duymasının nedenleri
- Michael Norman, makale yazarlarının süperiletkenlik hakkında çok şey bilmiyor gibi göründüğünü ve bazı verilerin sunuluş biçiminin de kuşkulu olduğunu düşünüyor
- İlk sorun, katkılama öncesi malzeme olan kurşun apatitin metal değil, iletken olmayan bir mineral olması
- Bu nedenle süperiletken üretmek için umut verici bir başlangıç noktası sayılmıyor
- İkinci sorun, kurşun ve bakır atomlarının elektronik yapılarının benzer olması; bu yüzden kurşunun bir kısmını bakırla değiştirmek elektriksel özellikleri büyük ölçüde değiştirmeyebilir
- Norman bunu kabaca, “Taşla başladıysan yine taş çıkmalı” diye ifade ediyor
- Üçüncü sorun, kurşun atomlarının çok ağır olması nedeniyle kafes titreşimlerini bastırabilmesi ve elektron çifti oluşumunu daha da zorlaştırabilmesi
- Nadya Mason, araştırmacıların uygun veriler toplamış ve üretim tekniğini nispeten açık biçimde sunmuş olmasını olumlu bulsa da verilerin kendisini biraz kaba değerlendiriyor
Önerilen mekanizma ve kalan sorular
- Makaleler, malzeme içinde hangi fiziğin işlediğine dair sağlam bir açıklama sunmuyor
- Araştırmacılar, katkılamanın doğal olarak bulunan uzun kurşun atomu zincirlerini hafifçe bozduğunu ve süperiletkenliğin bu tek boyutlu kanallar boyunca ortaya çıkabileceğini öne sürüyor
- Norman, tek boyutlu sistemlerin genel olarak süperiletkenlik üretmediğini, bu yüzden bu iddianın şaşırtıcı olduğunu söylüyor
- Katkılamanın yarattığı düzensizliğin de süperiletkenliği daha fazla bastırması gerekmesi başka bir soru işareti olarak duruyor
- Mason, Lee ve Kim'in zincir içinde yükün dalga benzeri desenler oluşturabileceğini öne sürdüğünü ve benzer yük desenlerinin yüksek sıcaklık süperiletkenlerinde daha önce de gözlendiğini belirtiyor
Kararı yeniden üretim deneyleri verecek
- Temel soru, başka araştırma ekiplerinin aynı gözlemleri yeniden üretebilip üretemeyeceği
- Norman, kurşun apatit iyi bilinen bir malzeme olduğu için diğer ekiplerin de sentezleyebileceğini düşünüyor
- Ancak sentez süreci, sosyal medyadaki bazı tepkilerin ima ettiği kadar basit değil
- Jennifer Fowlie, “4 günlük çok aşamalı küçük ölçekli katı hâl sentezi”nin tuhaf biçimde kolay bir işmiş gibi algılandığını söylüyor
- Fizikçiler bu iddiayı çok hızlı şekilde test etmeyi planlıyor
- Norman, “Bu gerçekse, bunu bir hafta içinde öğreniriz” diyor
1 yorum
Hacker News yorumları
Tüm bu süreçte bilimsel yayıncıların hiç devreye girmemiş olması gerçekten harika. Makale arXiv’e yüklendi, tartışma çıktı ve şimdi bir ulusal laboratuvar inceliyor; tüm bunlar dergiye gönderilmeden ilerliyor
Dergiler aslında araştırmacıların birbirlerine posta ile gönderdikleri yöntemden daha iyi dağıtım yapmak için ortaya çıktı. arXiv akran değerlendirmesi için iyi; araştırmalar gerçekten açıkta olduğu için ödeme duvarlarının arkasında değil, meslektaşlar tarafından incelenebiliyor
Daha da ileri gidip OpenReview kullanılırsa tartışmaları takip etmek açısından iyi olurdu; ama araştırmasını açık kaynak yayımlamış herkes “Model eğitildi ama testi nasıl yapacağız?”, “CUDA bellek yetersiz hatasını nasıl düzeltirim?” gibi soruların yağmur gibi gelip ortamı hızla dağınık hâle getirebileceğini de bilir. arXiv ve ön baskılar da akran değerlendirmesinin yapıldığı bir alandır
Deneyler ve süreçler zor ve son derece hassastır. Makroskobik bir süreçle nano ölçekte malzeme üretmeyi beklemek gibi; kimya bazen bir balyozla mikroçip yapmaya benzer. “3,8 mL asetonda 30 saniye boyunca 70 kez vurursan tek kristal yapı oluşur. 71 de olmaz, 69 da olmaz” gibi bir şeydir
Kimyagerler prosedürü açıkça anlatırken bile, deneyimli bir deneycinin çözmesi 1-2 yıl sürebilecek, anlamsız görünen ama kritik ayrıntıları atlamakta uzmandır. Üstelik bu prosedür zaten açıkça derlenmiş de değil
En iyi senaryo, hevesli bir amatörün malzeme sentezini denemesi ve bunun amaçlanandan daha az mükemmel çalıştığını izlemektir. Sonra 5 hafta, 10 hafta, 150 hafta boyunca aynı şeyi tekrarlayıp sorunun doğadan mı yoksa teknikten mi kaynaklandığını anlamaya yetecek sabır ve titizliğe bahis oynamaya değer
Bunun aynı başarısızlık olduğunu söylemeye çalışmıyorum; ama 34 yıl önce süreç arXiv ile değil, basın toplantısı ve taslakların dolaşıma sokulmasıyla ilerlemişti
Çok şüpheciyim; ama tesadüf gibi görünen olgular söz konusu olduğunda, yeniden üretimin kendisinden çok asıl iddianın doğrulanması daha önemli
Bağımsız laboratuvarların ekipman ve personelini sahaya göndermek ya da malzeme örneklerini doğrulama için bağımsız laboratuvarlara göndermek gerekir. Mucize gerçekse X-ışını spektroskopisi, kırınım gibi malzeme analizleri ve çeşitli testler yapılabilmeli
Belki de dikkatsizlik sonucu oluşan belirli bir kirlenme, tüm koşulları sağlayıp malzemenin süperiletken gibi görünmesine yol açan bir kazadır; böyle bir durumda başkaları bunu kolayca yeniden üretemeyebilir
Jekyll’ın istemsiz dönüşümleri giderek sıklaşmış, geri döndürmek için daha fazla serum gerekmiş ve sonunda serumda kullandığı tuz azalmıştı; yeni stokla yapılan parti ise işe yaramamıştı. Jekyll, asıl malzemede etkiyi yaratan bir safsızlık bulunmuş olabileceğini tahmin etmişti
https://en.wikipedia.org/wiki/Jekyl_and_Hyde#Plot
Yapımının epey kolay olduğu düşünülüyor gibi; ama her hâlükârda bir örnek varsa iddia edilen özelliklere sahip olup olmadığı doğrulanabilir ve neyden oluştuğu analiz edilebilir
Yine de katı hâl fiziği laboratuvarlarında gerçekte nelerin mümkün olduğunu tamamen bilmiyorum; ama uygun laboratuvar ve ekipman varsa bu malzemeyi üretmek korkunç derecede zor görünmüyor. Umarım yakında hangi taraf olduğunu öğreniriz
İkinci kez yapamazlarsa mesele kapanır. Her şeyi yeniden çalıştırmak çok zaman ve para gerektirir, ama tüm dünya gerekli kaynakları sağlamaya hazır gibi görünüyor
Makaledeki ilgili tek kısım, “Argonne ve başka yerlerdeki araştırmacılar şimdiden deneyi yeniden üretmeye çalışıyor; buradakiler bunu ciddiye alıyor ve bu malzemeyi büyütmeyi denemek istiyor” bölümü
Gönderilen başlık epey editlenmiş bir başlık ve Argonne’da örgütlü bir çaba olduğu anlamına hiç gelmiyor
Asıl “ciddiye alıyorlar” ifadesi daha güçlü; gönderilen başlık ise biraz daha az pazarlanmış sayılır
Makaledeki kilit kısmı başlık yapmışlar; HN’de yaygın bir yöntem. Alt başlık zaten bildiğimiz “çok şüphe var” içeriği. En azından benim de dahil olduğum bazı kişiler için meşru ABD devlet laboratuvarlarının araştırma yürütüyor olması yeniydi ve haber değeri taşıyan kısım buydu
Norman’ın kurşun atomlarının çok ağır olduğundan şikâyet ettiği kısım, bilinen diğer süperiletken bileşimleriyle pek uyuşmuyor gibi görünüyor. Bildiğim kadarıyla en yaygın kullanılan kuprat süperiletken BSCCO ve dünyanın ilk süperiletken enerji hattında da kullanıldı
https://en.wikipedia.org/wiki/Holbrook_Superconductor_Projec...
“Kurşun ve bakır atomlarının elektronik yapısı benzer olduğundan, kurşun atomlarının bir kısmını bakır atomlarıyla değiştirmek elektriksel özellikleri fazla etkilememeli” iddiası da tuhaf. İddia edilen kurşun(II) iyonunun elektron sayısı çift, bakır(II)’nin ise tek. Bakır(I) varsa yükün kendisi değişiyor. Bir fizikçiden duyunca oldukça kafa karıştırıcı bir mantık
Ayrıca “katkılanmamış kurşun apatiti metal değil, iletken olmayan bir mineral” denilen bölüm de kupratların ve demir tabanlı süperiletkenlerin metal olmadığı gerçeğiyle uyuşmuyor. Bazıları normal koşullarda Mott yalıtkanı bile
LK-99’dan şüphe etmek için nedenler var, ama bu mantık o nedenlerden biri değil
Diğer bilim insanları arasında LK-99’un bir süperiletken değil, yalnızca güçlü bir diamanyetik madde olduğu yönünde bir eğilim var gibi
Fizikçi olmayan biri olarak bunun kendi başına işe yarar olup olmadığını merak ediyorum. Wikipedia’ya göz atınca güçlü diamanyetik malzemelerin çok fazla olmadığı görülüyor; yeni bir malzeme keşfiyse, dünyayı sarsacak ölçüde olmasa da büyük bir keşif olabilir diye düşünüyorum
Kullanılabilir ölçekte süperiletkenlik olmadan diamanyetizma gösterebilir ve dahası malzemeyi değiştirerek süperiletken bölgelerin boyutunu büyütmenin yolunu açabilir. Elbette bu tamamen spekülasyon; daha olası olan ise “sadece” diğer malzemelerle aynı türden diamanyetizma, yani numuneyi oluşturan parçacıklardaki elektronların tamamının eşleşmiş olduğu bir yapı olabilir
İlk araştırmaya yönelik eleştiriler var, ancak yeniden üretimi kolaylaştırmak için oldukça özenli biçimde veri yayımlamış gibi görünüyorlar
University of Illinois Urbana-Champaign’den yoğun madde fizikçisi Nadya Mason, yazarların uygun verileri sunduğunu ve üretim tekniğini netleştirdiğini olumlu karşılarken, verilerin biraz kaba göründüğü konusunda da uyarıyor
Mevcut durumla ilgili oldukça kapsamlı bir flood yazdım. Biraz uzun ve özetlemesi zor ama burada
https://twitter.com/sanxiyn/status/1685094029116297216
Bağlantısı verilen makale çürütmeleri, özellikle CMTC’nin F vermesi, yıkıcı. William & Mary’den Profesör Kim gerçekten resmî bir akademisyen ve çok küçük bir rol oynamış, ama iş giderek “Q-Centre”dan birkaç tuhaf kişinin çıkardığı bir sonuca benziyor
İşin büyük kısmı Kim dahil olmadan önce yapılmış ve şu ana kadar çıkan 3 makalenin yalnızca 1’inde adı var. Tüm bu hikâyede tek meşruiyet kırıntısı o, ama çok ince bir kırıntı. Diğer 5 kişi sadece tuhaf görünüyor
EEVblog’un bu konuda yayımladığı video epey komik. İzlemediyseniz burada: https://www.youtube.com/watch?v=QHPFphlzwdQ
O demoya bakınca gerçekten mucizevi bir malzemeyi göstermek için aptalca bir yöntem gibi duruyor ve güven vermiyor
İddiaya göre ürettikleri süperiletken numuneyi analiz etmeyi neden istemediklerini anlamıyorum. Herkes tarifi izleyip yeniden üretmekten bahsediyor, ama kanıt tamamlanmış malzemenin içinde değil mi
Benim için kilit nokta şu: son 20 yılda bu alanda bir miktar ilerleme olduğu için, oda sıcaklığına yeterince yakın süperiletkenlik iddiaları artık hemen bir kenara atılmıyor
Yaşlanıp saçlarım ağardığında belki her şey manyetik levitasyonla hareket ediyor olur