Um artigo na Nature relata a descoberta de um supercondutor que opera em temperatura ambiente e pressões próximas da sala. A afirmação dividiu a comunidade de pesquisa.
Em uma palestra lotada na tarde de terça-feira na reunião anual de março da American Physical Society em Las Vegas, Ranga Dias, físico da Universidade de Rochester, anunciou que ele e sua equipe haviam realizado um sonho de um século de campo: um supercondutor que funciona à temperatura ambiente e à pressão quase ambiente. O interesse foi tão intenso na apresentação que os seguranças impediram a entrada na sala lotada mais de quinze minutos antes do discurso. Podiam ser ouvidos espantando curiosos pouco antes de Dias começar a falar.
Os resultados, publicados hoje na Nature, parecem mostrar que um condutor convencional – um sólido composto de hidrogênio, nitrogênio e o metal de terras raras lutécio – foi transformado em um material impecável capaz de conduzir eletricidade com eficiência perfeita.
Embora o anúncio tenha sido recebido com entusiasmo por alguns cientistas, outros são muito mais cautelosos, apontando para a controversa história do grupo de pesquisa de alegada má conduta em pesquisa. (Dias nega veementemente as acusações.) As reações de 10 especialistas independentes contatados pela Quanta variaram de entusiasmo desenfreado a rejeição total, com muitos dos especialistas expressando alguma versão de otimismo cauteloso.
Anteriormente, a supercondutividade era observada apenas em temperaturas frias ou pressões de esmagamento – condições que tornam esses materiais impraticáveis para aplicações há muito desejadas, como linhas de energia sem perdas, levitação de trens de alta velocidade e dispositivos de imagem médica acessíveis. O composto recém-forjado conduz corrente sem resistência a 21 graus Celsius (69,8 graus Fahrenheit) e a uma pressão de cerca de 1 gigapascal. Ainda é muita pressão – cerca de 10 vezes a pressão no ponto mais profundo da Fossa das Marianas – mas é mais de 100 vezes menos intensa do que a pressão exigida em experimentos anteriores com materiais semelhantes.
“Se estiver correto, é possivelmente o maior avanço na história da supercondutividade”, disse James Hamlin, físico da Universidade da Flórida que não participou do trabalho. Se for verdade, disse ele, “é uma descoberta revolucionária, inovadora e muito empolgante”. Mas os incidentes envolvendo o trabalho anterior da equipe – incluindo, mas não se limitando a, uma alegação de supercondutividade próxima à temperatura ambiente publicada na Nature em 2020 e retirada no final do ano passado – lançaram uma sombra sobre o anúncio de hoje. “É difícil não se perguntar se alguns dos mesmos problemas que não foram resolvidos no trabalho anterior também existem no novo trabalho”, disse Hamlin.
Atingindo todos os benchmarks
Por mais de um século, os cientistas sabem que o resfriamento da maioria dos metais a temperaturas dentro de alguns graus do zero absoluto provoca uma metamorfose dramática. Em torno dessa “temperatura crítica”, que varia de um material para outro, os elétrons se emparelham e formam uma espécie de fluido quântico. Quando isso acontece, os elétrons não mais saltam para os átomos do material – interações que geram resistência – o que permite que eles fluam sem perda de energia.
O objetivo geral da pesquisa de supercondutividade desde então tem sido aumentar a temperatura crítica.
Durante décadas, os físicos fizeram progressos incrementais, aumentando constantemente a temperatura crítica testando diferentes combinações de elementos. Uma classe promissora de materiais, conhecida como hidretos, surgiu nos últimos anos. Hidretos são compostos que combinam o hidrogênio leve com átomos mais pesados, como enxofre ou metais. Quanto mais hidrogênio, melhor para a supercondutividade, acreditam os físicos. Às vezes, os pesquisadores adicionam uma camada de outros átomos, como carbono ou nitrogênio, para ajustar ainda mais suas propriedades. O primeiro hidreto supercondutor, relatado em 2015, atingiu sua transição em torno de 70 graus Celsius negativos e 155 gigapascais de pressão (aproximando-se da metade do núcleo da Terra). Em três anos, o mesmo grupo e outro criaram ainda mais materiais “super-hidretos” ricos em hidrogênio que poderiam superconduzir até 13 graus Celsius negativos e 190 gigapascals.
Lu Yago/Shutterstock
O novo estudo destrói todos os recordes anteriores. Nos últimos anos, a equipe de Dias trabalhou em um superhidreto à base de lutécio. Para produzir uma amostra, a equipe banhava uma fina película de lutécio em um perfume de 99% de hidrogênio e 1% de nitrogênio enquanto a assava por alguns dias a 200 graus Celsius. Uma célula de bigorna de diamante comprimiria então a amostra a 2 gigapascais de pressão. A equipe então afrouxaria progressivamente a bigorna enquanto testava a amostra para propriedades supercondutoras. Dias disse que, de centenas de amostras produzidas, eles conseguiram observar a supercondutividade em dezenas de amostras, mesmo depois que a pressão foi reduzida para cerca de 1 gigapascal.
Para demonstrar a supercondutividade, a equipe atingiu três referências de livros didáticos. Na temperatura crítica, eles mostraram uma queda na resistência e um pico em uma propriedade relacionada à rapidez com que um material se aquece. A equipe também conseguiu medir diretamente a expulsão de um campo magnético das amostras – uma assinatura inequívoca para a supercondutividade chamada efeito Meissner que nunca havia sido demonstrada de forma convincente em um superhidreto. Curiosamente, a amostra também mudou de cor de azul para rosa para vermelho em sincronia com suas mudanças de fase.
Os gráficos do artigo são exatamente o que os pesquisadores procuram quando testam a supercondutividade. As fortes evidências emocionam muitos cientistas que passaram décadas em busca de materiais que possam aproximar o fenômeno das condições cotidianas.
“Estou muito animado para ver o resultado. E não tenho dúvidas de que o que eles estão observando é o que é”, disse Siddharth Saxena, físico da Universidade de Cambridge que não participou do novo trabalho. Eva Zurek, uma química teórica da Universidade de Buffalo que frequentemente se comunica com o grupo de Rochester, mas que também não esteve envolvida na pesquisa, disse que um material que superconduz sob essas condições “afetaria todos os aspectos de nossa vida de maneiras que não podemos imaginar.” Hamlin concorda que a demonstração “é um tour de force de todo tipo de medição que você gostaria de ver neste material, produzindo exatamente o tipo de dados que você esperaria ver”.
Uma História Conturbada
No entanto, Hamlin e outros pesquisadores insistem que o passado do grupo exige que as reivindicações históricas de hoje sejam atendidas com níveis históricos de escrutínio.
“Há muitas evidências de supercondutividade aqui, se você as considerar pelo valor de face”, disse Jorge Hirsch, físico da Universidade da Califórnia, em San Diego. “Mas não acredito em nada do que esses autores dizem. Eu não estou nem um pouco vendido.”
Hirsch disse que sua desconfiança decorre de uma longa história de alegações de má conduta em pesquisa feitas contra membros anteriores e atuais do grupo, muitas das quais ele pressionou. Mais recentemente, em 2020, Dias e seus coautores publicaram um estudo de um hidreto de enxofre carbonáceo (CSH) que atingiu sua transição crítica em torno de 14 graus Celsius (57,2 graus Fahrenheit) e 267 gigapascais. Quase imediatamente, um punhado de especialistas detectou padrões incomuns nos dados usados para verificar a resposta do material aos campos magnéticos. Quando Dias e seu colaborador frequente, Ashkan Salamat, um físico da Universidade de Nevada, Las Vegas, divulgaram seus dados brutos um ano depois na forma de um documento de 149 páginas, eles detalharam um método incomum e complicado para eliminar a interferência magnética de fundo – um que eles disseram ser necessário para detectar o minúsculo campo magnético rejeitado pela pequena amostra. Esse método era inconsistente com a forma como eles descreveram o procedimento no artigo original, o que levou a Nature a emitir uma retratação em setembro passado.
Hirsch e outros físicos alegam que a má conduta vai além de uma confusão enganosa sobre o fundo magnético. Em setembro, Hirsch e Dirk van der Marel, professor emérito da Universidade de Genebra, publicaram uma alegação de que o que Dias e Salamat haviam divulgado como dados brutos da CSH era, na verdade, derivado dos dados publicados. “[Nós] provamos basicamente matematicamente que os dados brutos não são medidos em laboratório; eles são fabricados”, disse Hirsch. Hamlin divulgou de forma independente uma pré-impressão em outubro passado, alegando que os dados de resistividade elétrica também pareciam ter sido processados de maneira não revelada – uma nova alegação sobre o problema que levou à retração de 2022.
Dias defende vigorosamente seu trabalho. Nos meses que se seguiram à retratação, Dias realizou experimentos adicionais com o material CSH nos Laboratórios Nacionais de Argonne e Brookhaven. Neles, ele convidou cientistas independentes para observar a transição supercondutora do material. Recentemente, ele apresentou um novo manuscrito à Nature que repete a alegação de supercondutividade de alta temperatura no CSH com rigor que ele insiste que dissipará as alegações anteriores.
“As testemunhas do nosso trabalho atestam a nossa descoberta. Demonstramos que o CSH funciona para alcançar a supercondutividade, assim como o ‘reddmatter'”, disse Dias, referindo-se ao nome informal do grupo, inspirado em Star Trek, para o novo material à base de lutécio. “Você pode acreditar nas evidências ou não – mas não pode ignorá-las.”
Nilesh Salke, físico da Universidade de Illinois, Chicago, que ajudou nas novas medições e não esteve envolvido na pesquisa de 2020, disse que “o novo trabalho confirma a supercondutividade no CSH”. Ele chamou a descoberta do novo material de lutécio de “notável”, acrescentando que é “um marco importante no campo da supercondutividade”.
No entanto, o documento da CSH não é o único trabalho relacionado sob fogo. Um coautor do artigo do CSH, Mathew Debessai, foi o primeiro autor de um estudo de 2009 que afirmava a supercondutividade em um terceiro material, o európio, que mais tarde foi retratado por apresentar dados alterados. (Dias não foi coautor deste artigo.) Hirsch afirma que nessa publicação, “os dados são copiados e colados em outra região”. Outros também argumentaram que alguns dos dados em outro artigo recente de Dias foram duplicados a partir de dados obtidos enquanto a equipe estudava uma substância completamente diferente.
Estou realmente animado para ver o resultado. E não duvido de forma alguma que o que eles estão observando é o que é.
Siddharth Saxena, Universidade de Cambridge
Dias nega veementemente todas as alegações de irregularidades e continua a se esforçar para estabelecer rigorosamente suas alegações de encontrar supercondutividade em temperaturas cotidianas e o que conta como pressões quase diárias na comunidade de física de alta pressão. Ele enfatiza que o artigo de hoje descrevendo a supercondutividade de baixa pressão no material de lutécio passou por um processo de revisão por pares excepcionalmente rigoroso, envolvendo várias rodadas de revisão durante a maior parte de um ano. Dias também disse que compartilhou todos os seus dados brutos com a Nature e que serão publicados junto com o novo resultado. Vários especialistas independentes expressaram confiança na capacidade da Nature de garantir que o resultado seja o mais rigoroso possível.
“Tenho certeza de que o editor e os revisores da Nature devem tê-los interrogado antes de dar um sinal verde”, disse Salke.
“Para mim, é difícil imaginar uma segunda retração”, disse Mikhail Eremets, físico do Instituto Max Planck de Química, na Alemanha, que liderou a descoberta dos supercondutores de hidreto. “Devemos considerá-lo seriamente, apesar da pré-história.”
Dias enfatizou que ele e seus colegas foram totalmente transparentes durante um processo de revisão extraordinariamente minucioso. “Desta vez demos tudo”, disse ele. “Todas as técnicas e tudo mais. Os revisores tiveram acesso a todos os dados.”
O notável processo de revisão, quando colocado sobre uma história incerta, deixou alguns pesquisadores no limbo. “Não sei mais em que posso acreditar”, disse van der Marel. “Esse é todo o problema.”
Confirmação e Comércio
Em última análise, a aceitação pela comunidade mais ampla de pesquisadores ficará nas mãos de outros laboratórios. Eles serão capazes de reproduzir o material e confirmar suas propriedades supercondutoras? Há razões para esperar que uma resposta chegue relativamente rápido.
Embora haja apenas um punhado de grupos no mundo que poderiam trabalhar com as incrivelmente altas pressões de bigorna de diamante necessárias para ver a supercondutividade em CSH, existem dezenas de laboratórios que podem trabalhar no regime de baixa pressão do material à base de lutécio, Hamlin disse. Dias disse que, nos últimos meses, seu laboratório vem trabalhando em uma maneira de remover totalmente as células da bigorna de diamante do processo, o que pode acelerar ainda mais os esforços para confirmar a descoberta.
Para permitir que outros laboratórios reproduzam fielmente os resultados, o grupo deve estar disposto a compartilhar todo o conjunto de dados brutos junto com métodos detalhados de preparação de amostras ou enviar amostras de seu material para outros laboratórios testarem, disse Hamlin.
No entanto, o acesso externo pode ficar aquém das esperanças da comunidade. Dias e Salamat fundaram uma startup, a Unearthly Materials, que, segundo Dias, já levantou mais de US$ 20 milhões em financiamento de investidores, incluindo os CEOs do Spotify e da OpenAI.* Eles também solicitaram recentemente uma patente para o material de hidreto de lutécio, o que os impediria de enviar amostras. “Temos instruções claras e detalhadas sobre como fazer nossas amostras”, disse Dias. “Não vamos distribuir este material, considerando a natureza proprietária de nossos processos e os direitos de propriedade intelectual existentes.” Ele sugeriu que “certas metodologias e processos” também estão fora de questão.
“Sem quebrar nenhuma lei de propriedade intelectual, estamos felizes em compartilhar o que fizemos”, disse Dias. “Também existem algumas limitações, mas acho que podemos resolver alguma coisa.”
Nota do editor:
Em uma palestra de 2021 organizada pela Associação do Sri Lanka para o Avanço da Ciência e posteriormente postada no YouTube, Dias disse: “Recentemente, arrecadamos US $ 20 milhões apenas para, você sabe, focar na parte científica disso. E esses são os investidores que usamos para esse tipo de tecnologia.” Nesse momento (43:25 no vídeo) uma lista de nomes aparece na tela. Na categoria “Investidores (Série A)”, os nomes incluem Sam Altman, CEO da OpenAI, e Daniel Ek, cofundador e CEO do Spotify. Após a publicação deste artigo, um representante de Dias disse à Quanta que aquelas eram “declarações aspiracionais”, que a empresa não havia captado o dinheiro e que os nomes listados eram investidores em potencial.
Publicado em 12/03/2023 21h03
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