أعلن العلماء هذا الأسبوع عن تقدم مثير نحو حلم مادة يمكنها نقل الكهرباء بسهولة في الظروف اليومية. يمكن لمثل هذا الاختراق أن يحول تقريبًا أي تقنية تستخدم الطاقة الكهربائية ، ويفتح إمكانيات جديدة لهاتفك ، والقطارات المغنطيسية ومحطات الاندماج المستقبلية للطاقة.
عادةً ما يواجه تدفق الكهرباء مقاومة أثناء تحركها عبر الأسلاك ، تقريبًا مثل شكل من أشكال الاحتكاك ، ويتم فقدان بعض الطاقة كحرارة. قبل قرن من الزمان ، اكتشف الفيزيائيون مواد ، تسمى الآن الموصلات الفائقة ، حيث اختفت المقاومة الكهربائية على ما يبدو بطريقة سحرية. لكن هذه المواد فقدت مقاومتها فقط عند درجات الحرارة الشديدة البرودة ، مما حد من التطبيقات العملية. على مدى عقود ، سعى العلماء للحصول على موصلات فائقة تعمل في درجات حرارة الغرفة.
إعلان هذا الأسبوع هو أحدث محاولة في هذا الجهد ، لكنه يأتي من فريق يواجه شكوكًا واسعة النطاق لأنه تم سحب ورقة بحثية لعام 2020 وصفت مادة فائقة التوصيل واعدة ولكنها أقل عملية بعد أن شكك علماء آخرون في بعض البيانات.
يتكون الموصل الفائق الجديد من اللوتيتيوم ، وهو معدن أرضي نادر ، وهيدروجين مع القليل من النيتروجين الممزوج. يحتاج إلى ضغط يصل إلى 14500 رطل لكل بوصة مربعة قبل أن يكتسب براعته الفائقة في التوصيل. هذا هو حوالي 10 أضعاف الضغط الذي يمارس في قاع أعمق خنادق المحيط.
لكنها أيضًا أقل من واحد على المائة مما تطلبته نتيجة عام 2020 ، والتي كانت أقرب إلى قوى التكسير الموجودة على عمق عدة آلاف من الأميال داخل الأرض. يشير ذلك إلى أن المزيد من التحقيقات حول المادة يمكن أن تؤدي إلى موصل فائق يعمل في درجات حرارة الغرفة المحيطة وعند الضغط الجوي المعتاد البالغ 14.7 رطل لكل بوصة مربعة.
قال رانجا بي دياس ، أستاذ الهندسة الميكانيكية والفيزياء بجامعة روتشستر بنيويورك ، أمام غرفة مليئة بالعلماء يوم الثلاثاء: “هذه بداية النوع الجديد من المواد المفيدة للتطبيقات العملية”. . في اجتماع للجمعية الفيزيائية الأمريكية في لاس فيغاس.
نُشرت محاسبة كاملة لنتائج فريقه يوم الأربعاء في مجلة Nature ، وهي نفس المجلة التي نُشرت ، ثم تراجعت عن نتائج عام 2020.
بدأ الفريق في روتشستر برقائق رقيقة صغيرة من اللوتيتيوم ، وهو معدن أبيض فضي يعد من بين أندر العناصر الأرضية النادرة ، وضغطه بين ماسين متشابكين. ثم تم ضخ غاز بنسبة 99 في المائة من الهيدروجين و 1 في المائة من النيتروجين في الحجرة الصغيرة وعصره في ضغوط عالية. تم تسخين العينة طوال الليل عند 150 درجة فهرنهايت ، وبعد 24 ساعة ، تم إطلاق الضغط.
حوالي ثلث الوقت ، أنتجت العملية النتيجة المرجوة: بلورة زرقاء صغيرة نابضة بالحياة. إن تعاطي النيتروجين في هيدريد اللوتيتيوم ليس بهذه السهولة. قال دياس.
في إحدى غرف مختبر جامعة روتشستر التي استخدمتها مجموعة الدكتور دياس ، أظهر هيرانيا باسان ، طالب دراسات عليا ، الخاصية المتغيرة المدهشة للمواد أثناء زيارة أحد المراسلين الأسبوع الماضي. مع شد البراغي لزيادة الضغط ، تحول اللون الأزرق إلى لون خجول.
قال الدكتور دياس: “إنه وردي للغاية”. وقال إنه مع وجود ضغوط أعلى ، “يتحول إلى اللون الأحمر الفاتح”.
كشف تسليط الليزر عبر البلورات عن كيفية اهتزازها وإلغاء تأمين المعلومات حول الهيكل.
في غرفة أخرى ، كان أعضاء آخرون من فريق الدكتور دياس يجرون قياسات مغناطيسية على بلورات أخرى. مع انخفاض درجات الحرارة ، ظهرت التماثيل المتوقعة في البيانات المرسومة على شاشة الكمبيوتر ، مما يشير إلى الانتقال إلى موصل فائق.
قال الدكتور دياس: “هذا قياس مباشر نقوم به الآن”.
في الورقة البحثية ، أفاد الباحثون أن البلورات الوردية أظهرت الخصائص الرئيسية للموصلات الفائقة ، مثل المقاومة الصفرية ، عند درجات حرارة تصل إلى 70 درجة فهرنهايت.
قال تيموثي ستروبل ، العالم في معهد كارنيجي للعلوم بواشنطن ، والذي لم يشارك في دراسة الدكتور ديا: “أنا متفائل بحذر”. “البيانات الموجودة في الجريدة تبدو رائعة.”
قال Paul CW Chu ، أستاذ الفيزياء في جامعة هيوستن الذي لم يشارك أيضًا في البحث: “إذا كان هذا حقيقيًا ، فهو حقًا اختراق مهم حقًا”.
ومع ذلك ، فإن جزء “إذا” من هذا الشعور يدور حول الدكتور دياس ، الذي تلاحقه الشكوك والنقد ، وحتى اتهامات بعض العلماء بأنه اختلق بعض بياناته. لم يتم إعادة إنتاج نتائج ورقة 2020 Nature من قبل مجموعات بحثية أخرى ، ويقول النقاد إن الدكتور دياس كان بطيئًا في السماح للآخرين بفحص بياناته أو إجراء تحليلات مستقلة لموصلاته الفائقة.
تراجع محررو مجلة Nature عن الورقة البحثية السابقة في العام الماضي بسبب اعتراضات الدكتور دياس والمؤلفين الآخرين.
قال جيمس هاملين ، أستاذ الفيزياء بجامعة فلوريدا: “لقد فقدت بعض الثقة فيما يأتي من تلك المجموعة”.
ومع ذلك ، فقد نجحت الورقة الجديدة في اجتياز عملية مراجعة الأقران في نفس المجلة.
وقالت متحدثة باسم نيتشر: “إن سحب ورقة بحثية لا يؤدي تلقائيًا إلى حرمان المؤلف من تقديم مخطوطات جديدة”. “يتم النظر في جميع المخطوطات المقدمة بشكل مستقل على أساس جودة وتوقيت علمهم.”
في المؤتمر الذي عُقد يوم الثلاثاء في لاس فيجاس ، احتشد العديد من الفيزيائيين في غرفة اجتماعات ضيقة لدرجة أن أحد المشرفين طلب من بعضهم المغادرة حتى لا يضطروا إلى إلغاء العرض التقديمي. بمجرد أن أصبحت الغرفة ضعيفة ، تمكن الدكتور دياس من تقديم النتائج التي توصل إليها دون انقطاع. كما شكر الحشد ، أعرب الوسيط عن أسفه لأن الوقت قد نفد لديهم لطرح الأسئلة.
اعترف الدكتور ستروبل بالجدل المستمر حول الدكتور دياس والادعاءات غير العادية السابقة التي لم يتم استنساخها بعد.
قال الدكتور ستروبل: “لا أريد أن أقرأها كثيرًا ، لكن يمكن أن يكون هناك نمط من السلوك هنا”. “إنه حقًا يمكن أن يكون أفضل فيزيائي عالي الضغط في العالم ، على وشك الفوز بجائزة نوبل. أو هناك شيء آخر يحدث “.
تحت الضغط
تم اكتشاف الموصلية الفائقة بواسطة عالم الفيزياء الهولندي Heike Kamerlingh Onnes وفريقه في عام 1911. لا تحمل الموصلات الفائقة الكهرباء بمقاومة كهربائية صفرية فحسب ، بل تمتلك أيضًا قدرة غريبة تُعرف باسم تأثير Meissner الذي يضمن عدم وجود مجال مغناطيسي داخل المادة. .
تتطلب أول الموصلات الفائقة المعروفة درجات حرارة قليلة فوق الصفر المطلق أو سالب 459.67 درجة فهرنهايت. في الثمانينيات ، اكتشف الفيزيائيون ما يسمى بالموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية ، ولكن حتى تلك الموصلات الفائقة أصبحت في ظروف أكثر برودة بكثير من تلك التي نواجهها في الاستخدام اليومي.
تتنبأ النظرية القياسية التي تشرح الموصلية الفائقة أن الهيدروجين يجب أن يكون موصلًا فائقًا في درجات حرارة أعلى إذا أمكن ضغطه بقوة كافية. ولكن حتى أكثر الماسات مرونة تنكسر قبل أن تصل إلى ضغوط بهذا الحجم. بدأ النظر في الهيدروجين الممزوج بعنصر آخر ، واعتقد العلماء أن الروابط الكيميائية قد تساعد في ضغط ذرات الهيدروجين.
في عام 2015 ، أفاد ميخائيل إريميتس ، الفيزيائي في معهد ماكس بلانك للكيمياء في ماينز بألمانيا ، أن كبريتيد الهيدروجين – وهو جزيء يتكون من ذرتين هيدروجين وذرة كبريت واحدة – تحول إلى موصل فائق عند 94 درجة فهرنهايت تحت الضغط عند ضغطه إلى حوالي 22 مليونًا. جنيه لكل بوصة مربعة. كانت هذه درجة حرارة عالية قياسية للموصل الفائق في ذلك الوقت.
اكتشف الدكتور إريمتس وعلماء آخرون لاحقًا أن هيدريد اللانثانم – وهو مركب يحتوي على الهيدروجين واللانثانم – وصل إلى درجة حرارة فائقة التوصيل تقل عن 10 درجات فهرنهايت تحت ضغوط عالية جدًا.
استنتاجات مثيرة للجدل
في البحث الموصوف في ورقة 2020 المنسحب ، استخدمت مجموعة الدكتور دياس الهيدروجين والكبريت والكربون. وقال العلماء إنهم تمكنوا من خلال ثلاثة عناصر من ضبط الخصائص الإلكترونية للمركب لتحقيق درجة حرارة عالية الموصلية الفائقة.
ومع ذلك ، لم يصدق الجميع ذلك.
الخصم الرئيسي للدكتور دياس هو خورخي هيرش ، عالم الفيزياء النظرية بجامعة كاليفورنيا ، سان دييغو. ركز على القياسات التي أجرتها مجموعة الدكتور دياس لاستجابة مركب الكربون والكبريت والهيدروجين لتذبذب الحقول المغناطيسية ، وهو دليل على تأثير مايسنر. بدت الحبكة في الورقة نظيفة للغاية ، ولم يشرح العلماء كيف استبعدوا تأثيرات الخلفية في المؤامرة.
قال الدكتور هيرش إنه عندما أصدر الدكتور دياس البيانات الأولية الأساسية ، أشار تحليله إلى أنها تم إنشاؤها بواسطة صيغة رياضية ولا يمكن قياسها فعليًا في تجربة. قال الدكتور هيرش: “من خلال القياس ، لا تحصل على الصيغ التحليلية”. “تحصل على أرقام مع ضوضاء.”
نمت شكاواه من الدكتور دياس بشكل مستمر وحاد لدرجة أن آخرين في الميدان عمموا رسالة يشكو فيها من عقود من السلوك التخريبي للدكتور دياس. هيرش.
الدكتور هيرش هو رجل معارض في متجر صيني يستهدف نظرية BCS ، التي ابتكرها ثلاثة فيزيائيين في عام 1957 – جون باردين وليون إن كوبر وجيه روبرت شريفير – لشرح كيفية عمل الموصلية الفائقة. يقول إن BCS ، من نواحٍ عديدة ، “كذبة” ، غير قادرة على تفسير تأثير مايسنر. لقد توصل إلى تفسيره البديل الخاص به.
والجدير بالذكر أن الدكتور هيرش كان يقول أنه لا يمكن أن يكون هناك موصلية فائقة في أي من هذه المواد عالية الضغط لأن الهيدروجين لا يمكن أن يكون موصلًا فائقًا. لقد حصل على عدد قليل من الحلفاء.
بينما يحرص الدكتور هيرش على القول إن العلماء غير الدكتور دياس لا يرتكبون سوء السلوك ، إلا أنه يقول إنهم يخدعون أنفسهم.
قال “في رأيي ، الخردة تصبح استنتاجات”.
المقاومة والتكاثر
كما تعمق الدكتور هاملين من جامعة فلوريدا في القياسات المغناطيسية وقال إنها بدت كما لو أن البيانات الأولية مستمدة من البيانات المنشورة وليس العكس.
كما انزعج الدكتور هاملين عندما وجد أن عدة جمل من أطروحة الدكتوراه ، التي كتبها في عام 2007 ، قد ظهرت ، كلمة كلمة ، في أطروحة الدكتور رياس.
يرفض د. دياس الانتقادات المستمرة ويقول إن مجموعته قدمت تفسيرات. قال: “لقد شعرت وكأنها مجرد ضوضاء من الخلفية”. “نحاول الاستمرار في دفع علمنا إلى الأمام.”
وقال إنه لا يزال متمسكًا بالنتائج السابقة وأن ورقة الأربعاء استخدمت تقنية جديدة للقياسات المغناطيسية. قال إن الورقة مرت بخمس جولات من التدقيق من قبل المراجعين وأنه تم تبادل جميع البيانات الأولية الكامنة وراء النتائج.
قال الدكتور دياس: “لقد عادت الطبيعة مرة أخرى”. “إذن هذا يخبرك بشيء.”
قالت سارة ميلر ، المتحدثة باسم جامعة روتشستر ، إنه بعد تحقيقين جامعيين ، “تم تحديد أنه لا يوجد دليل يدعم هذه المخاوف”. وقالت أيضًا إن الجامعة “نظرت في مسألة سحب ورقة الطبيعة في سبتمبر 2022 وتوصلت إلى نفس النتيجة”.
من بين نسخ الجمل من أطروحة الدكتور هاملين الطبية ، قال الدكتور دياس إنه كان يجب عليه تضمين الاستشهادات. قال الدكتور دياس: “لقد كان خطأي”.
يجري الآن تداول قياسات إعادة الطباعة المسبقة لمادة الكربون والكبريت والهيدروجين من ورقة 2020 التي تم سحبها ، ولكن حتى هذا يثير تساؤلات. قال الدكتور ستروبل: “إنها تختلف اختلافًا كبيرًا عن القياسات الأصلية”. يمكن للمرء أن يجادل بأنهم لم يعيدوا إنتاج النتائج بأنفسهم.
نظرًا لأن المادة الجديدة القائمة على اللوتيتيوم فائقة التوصيل عند ضغوط أقل بكثير ، فإن العديد من المجموعات البحثية الأخرى ستكون قادرة على محاولة إعادة إنتاج التجربة. قال الدكتور دياس إنه يريد تقديم وصفة أكثر دقة لكيفية صنع المركب ومشاركة العينات ، ولكن يجب حل مشكلات الملكية الفكرية أولاً. وقد أسس شركة ، Unearthly Materials ، والتي تخطط لتحويل البحث إلى أرباح.
قال الدكتور ستروبيل إنه سيبدأ العمل بمجرد عودته من مؤتمر لاس فيغاس. قال “يمكن أن نحصل على نتيجة حرفيا في غضون يوم واحد”.
وقال الدكتور هيرش أيضًا إنه يتوقع أن تأتي الإجابات بسرعة. قال: “إذا كان هذا صحيحًا ، فهذا يثبت أن عملي خلال الـ 35 عامًا الماضية خاطئ”. “وهو ما سأكون سعيدًا جدًا بشأنه ، لأنني سأعرف ذلك.”
وأضاف الدكتور هيرش: “لكنني أعتقد أنني على صواب وهذا خطأ.”
كيمبرلي ماكجي ساهم في إعداد التقارير من لاس فيغاس.
