Корейские ученые заявили об открытии сверхпроводимости в комнатных условиях. Но сенсация вызывает сомнение у коллег

Группа южнокорейских ученых опубликовала препринты (статья 1, статья 2) о том, что им удалось пронаблюдать сверхпроводимость при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении. В работе ученые «скромно» заявляют: «Мы верим, что наш новый результат станет новейшим историческим событием, которое откроет новую эру для человечества». Пока что, однако, работа открыла широкую дискуссию.

Авторы исследования заявляют, что сверхпроводящий материал можно получить довольно простым способом — сначала смешивают и нагревают оксид свинца с сульфатом свинца, затем — смешивают медь с фосфором и нагревают в вакууме, потом полученные вещества смешивают, толкут в ступке и прогревают в вакууме. В итоге получается, по заявлению корейских физиков, соединение с приблизительной формулой Pb9 Cu(PO4)6 O (которое в некоторых СМИ неправильно назвали «апатитом свинца»; правильно его называть «медь-замещенный оксипироморфит»).

Ученые измерили сопротивление образца и удивились: вплоть до температуры в 125 градусов Цельсия электрическое сопротивление материала оказывалось нулевым, если электрический ток не превосходил критического значения. При этом критическое значение тока уменьшается с ростом температуры. Они также пронаблюдали, как внешнее магнитное поле уменьшает значение критического тока. Всё это — признаки сверхпроводимости.

Другим признаком сверхпроводимости является эффект Мейсснера, который заключается в «выталкивании» магнитного поля из объема сверхпроводника. Видимое проявление эффекта Мейсснера — левитация сверхпроводников в магнитном поле.

Корейские исследователи заявили, что они сумели пронаблюдать полноценную левитацию своего образца. На видео, опубликованном исследователями, можно наблюдать, как диск размером примерно в 1 см висит над магнитом, опираясь на бок.

Авторы препринтов, уверены, что представленных доказательств достаточно, чтобы считать созданный ими материал сверхпроводником. В качестве объяснения полученного эффекта они предлагают следующую теорию. Полученный материал, по их мнению, отличается от известного природного минерала — оксипироморфита Pb10 (PO4)6 O, заменой одного из десяти атомов свинца на атом меди. Это приводит к незначительному (на полпроцента) уменьшению объема элементарной ячейки. Как следствие, заявляют авторы, в кристаллической решетке возникают напряжения, которые искажают кристаллическую структуру и «приводят к сверхпроводимости».

Если открытие подтвердится, то его следовало бы назвать более чем революционным. Сделать работающий при комнатной температуре сверхпроводник почти что «из грязи» методами, которые были доступны ученым 18 века или хорошей школьной лаборатории, — означает перевернуть многие отрасли техники. Станут возможными передача электрической энергии на большие расстояния без потерь, создание мощных электромагнитов для магниторезонансной томографии, транспорта на магнитной подвеске, компактных и мощных электродвигателей, устройств для хранения энергии, установок для термоядерного синтеза, мощных квантовых компьютеров — и всё это без сложной и дорогостоящей системы охлаждения жидким гелием или жидким азотом.

Поэтому практически сразу появились желающие перепроверить способ получения и свойства диковинного материала в своих лабораториях. Например, Эндрю МакКаллип из космического стартапа Varda Space Industries пообещал онлайн-репортажи из своей лаборатории. По данным The Insider, как минимум одна лаборатория повторила методику изготовления материала, но пока что удивительные корейские результаты не воспроизвелись, и ученые будут пытаться получить образцы заново.

Покуда экспериментаторы проверяют результаты, на статью обрушился вал критики. Так, ученые из российского ФИАН (Физический институт им. Лебедева Российской Академии Наук) фактически обвинили корейских ученых в незнании основ школьной химии. Они отмечают, что описанным в статье способом нельзя создать никакой фосфат, так как нужно окислить медь со степенью окисления +1 до +2 и фосфор со степенью окисления -3 до +5, а окислителя в реакционной смеси как будто бы и нет (если верить предложенному пути синтеза).

К измерениям, проведенным с образцом, также серьезные претензии. Графики магнитной восприимчивости в обоих препринтах и единицы измерения в точности совпадают, но цифры на вертикальной оси отличаются в 7000 раз, отмечает профессор университета Райс в Хьюстоне Дуглас Нейтельсон. Он же замечает, что не воспроизведены классические результаты для теплоемкостей при высоких температурах, и сомневается, что «шум» на графиках вблизи нулевого значения сопротивления в самом деле соответствует нулю.

С другой стороны, некоторые особенности полученных данных как бы намекают на возможную релевантность полученных результатов. Так, в препринте приведен график зависимости сопротивления от температуры. На нем видно, что при снижении температуры сопротивление резко падает, но не совсем до нуля, и лишь потом становится совсем нулевым.

Как раз такое поведение, как пояснили эксперты The Insider, характерно в некоторых специальных случаях для наиболее широко известного и хорошо исследованного класса высокотемпературных сверхпроводников — купратов, а именно — для лантановых купратов с 1/8 допирования барием, то есть, когда каждый восьмой атом лантана замещен барием.

Кристаллографическое объяснение эффекта входит в противоречие с утверждениями самой статьи. Авторы одновременно утверждают, с одной стороны, что кристаллическая структура практически нисколько не изменилась, на что указывают дифрактограммы, а, с другой стороны, показывают, что замена одного из атомов свинца на медь радикальным образом сместила фосфатные тетраэдры (это показано на рисунке ниже), что существенно перестроило кристаллическую структуру. Эти утверждения, как пояснили кристаллографы, с которыми пообщался The Insider, друг с другом несовместимы.

К тому же, кристаллическая структура образца, по утверждению физика-теоретика Майкла Нормана из Аргоннской национальной лаборатории, в принципе не годится для сверхпроводимости, так как атомы свинца в ней образуют не двумерные плоскости, а длинные одномерные цепочки.

Наконец, демонстрация эффекта Мейсснера, приводимая авторами препринтов, не является впечатляющей. В настоящем эффекте Мейсснера образец должен спокойно «парить» над магнитом. А на видео из статьи образец опирается одним краем о магнит.

Итог скепсиса специалистов — перед нами, возможно, проявление сильного диамагнетизма. Диамагнетизм — это явление, когда вещество выталкивает из себя магнитное поле, но, в отличие от сверхпроводников, не полностью. Аналогичное явление наблюдается, например, в графите.

The Insider направил авторам препринтов запросы.