Der LK

Von Justine Calma, einer Wissenschaftsreporterin, die über Umwelt, Klima und Energie berichtet und über ein Jahrzehnt Erfahrung verfügt. Sie ist außerdem Moderatorin des Podcasts „Hell or High Water“.

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Update 8. August 9:56 Uhr:Dieser Beitrag wurde mit aktuellen Ergebnissen der Bemühungen von Forschungsgruppen, LK-99 zu testen, aktualisiert.

Glaubt man dem Hype, könnte LK-99 revolutionär sein. Es soll ein perfekter Supraleiter sein, der dazu beitragen könnte, die Kernfusion Wirklichkeit werden zu lassen und schwebende Züge zu einer einfachen Möglichkeit für den Pendelverkehr zu machen. Zumindest ist das die Geschichte, die in den sozialen Medien verbreitet wird – aber viele Experten denken nicht so über die neue Entdeckung.

Die Aufregung hat auf Twitter (das derzeit in Akademische Forscher und eifrige Amateure versuchen gleichermaßen, herauszufinden, ob LK-99 echt ist, indem sie es selbst herstellen. Auf diese Weise können sie herausfinden, ob LK-99 wirklich über die Superkräfte verfügt, über die die Forscher, die es zuerst entdeckt haben, in kontroversen Artikeln geschrieben haben, die sie im Juli veröffentlicht haben.

Das ist die Geschichte, die in den sozialen Medien verbreitet wird – aber es ist nicht das, was viele Experten denken

The Verge sprach mit einer Handvoll Experten auf diesem Gebiet, um zu versuchen, die Wissenschaft vom Hype zu trennen. So sehr sie sich auch über den Erfolg dieser Art von Supraleiter freuen, der bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck Strom ohne Widerstand leiten kann, so skeptisch sind sie doch. Natürlich warten wir immer noch auf definitivere Antworten von allen, die versuchen, die Behauptungen zu LK-99 zu überprüfen. The Verge wollte auch wissen – ob LK-99 tatsächlich das tut, was es soll – was kommt als nächstes?

Zurück, was ist LK-99?

Es mag wie ein alter dunkelgrauer Stein aussehen, aber technisch gesehen ist LK-99 ein polykristallines Material aus Blei, Sauerstoff und Phosphor, das mit Kupfer „dotiert“ oder infundiert wurde. Eine Gruppe von Forschern löste Ende Juli einen Aufruhr aus, als sie eine Reihe von Artikeln über die Entdeckung von LK-99 veröffentlichten und es als „ein brandneues historisches Ereignis, das eine neue Ära für die Menschheit eröffnet“ bezeichneten.

In den Arbeiten mit Hauptautoren des Quantum Energy Research Center in Südkorea wird behauptet, dass LK-99 der weltweit erste Supraleiter bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck sei. Mit anderen Worten: In einer typischen Umgebung kann es Strom ohne Widerstand leiten. Um Sith-Lord zu diesem Thema zu sagen, ist die Beseitigung des Widerstands alles. Stromnetze und Elektronik verschwenden heute aufgrund des Widerstands in weniger effizienten Materialien Tonnen von Strom.

Warum ist LK-99 potenziell so wichtig?

Es gibt heute andere Supraleiter. Sie werden in Magnetresonanztomographiegeräten (MRT), Quantencomputern und Kernfusionsgeräten eingesetzt. Diese Supraleiter funktionieren jedoch nur bei sehr niedrigen Temperaturen oder hohen Drücken. Das macht ihre Verwendung in den meisten alltäglichen Anwendungen zu schwierig und zu teuer.

„Ein technologisch realisierbarer Raumtemperatur-Supraleiter ist nicht nur Nobelpreisgebiet. Wenn man es patentiert hat, ist es im Grunde ein unschätzbarer Wert“, sagt Chris Grovenor, Materialprofessor an der Universität Oxford und Direktor des Centre for Applied Supraconductivity. „Es ist in vielen Dingen transformativ.“

„Ein technologisch realisierbarer Raumtemperatur-Supraleiter ist nicht nur Nobelpreisgebiet. Wenn Sie es patentiert haben, ist es im Grunde genommen ein unschätzbarer Wert.“

Warum reagierte die wissenschaftliche Gemeinschaft mit Skepsis?

Seit der Erstveröffentlichung dieses Beitrags haben weitere Forschungsgruppen, die sich mit LK-99 befassen, herausgefunden, dass es dem Hype nicht gerecht wird. „Es ist KEIN Supraleiter“, twitterte das Condensed Matter Theory Center (CMTC) der University of Maryland am 7. August. Darin wurden Ergebnisse des CSIR-National Physical Laboratory in Indien und des International Centre for Quantum Materials in China zitiert.

Zunächst erlangte LK-99 Berühmtheit, nachdem es in Preprints beschrieben wurde, d. h. Forschungsarbeiten, die keinem Peer-Review unterzogen wurden. Der Goldstandard für neue Forschungsergebnisse ist mehr oder weniger die Veröffentlichung in einer renommierten, von Experten begutachteten Fachzeitschrift. Zwei Vorabdrucke wurden Ende Juli auf dem Server arXiv veröffentlicht, und eine entsprechende Studie wurde Anfang des Jahres im Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology veröffentlicht.

Deshalb sind die Bemühungen, die wir derzeit beobachten, um zu versuchen, die Ergebnisse dieser Vorabdrucke zu duplizieren, von entscheidender Bedeutung. Aber das ist nicht das einzige Problem, das Experten zum Nachdenken bringt. In Interviews mit The Verge äußerten sie eine Reihe von Bedenken.

Zunächst gab es Inkonsistenzen in den Daten; Die beiden Vorabdrucke stimmen nicht überein. Berichten zufolge gibt es auch Konflikte zwischen den Autoren (in der einen Arbeit werden drei Autoren genannt, in der anderen sechs). Der Vorabdruck mit weniger Autoren enthält „viele Mängel“, sagte ein Autor des anderen Artikels gegenüber New Scientist. Der Autor, William & Mary-Physikforschungsprofessor Hyun-Tak Kim, sagte auch, dass der Vorabdruck ohne seine Erlaubnis auf arXiv hochgeladen wurde. Kim und andere korrespondierende Autoren der Papiere antworteten nicht, als The Verge sich an sie wandte.

Moment, es gibt noch mehr rote (oder zumindest gelbe) Flaggen …

Grovenor weist darauf hin, dass die Forscher keinen Wärmeanomalietest durchgeführt haben, der für große Labore, die diese Art von Materialien untersuchen, Standard ist. „Alle Supraleiter, die sich jemals als Supraleiter erwiesen haben, weisen diese spezifische Wärmeanomalie auf“, sagt er. „Wenn keine spezifische Wärmeanomalie vorliegt, handelt es sich nicht um einen Supraleiter.“

Laut Nadya Mason, einer Physikerin für kondensierte Materie an der University of Illinois Urbana-Champaign, sind die Vorabdrucke auch in ihrer Definition des „Null“-Widerstands ungenau. Supraleiter sollten keinen elektrischen Widerstand haben, aber die Vordrucke zeigen „Null“ auf einer Skala an, die es schwierig macht zu sagen, ob LK-99 wirklich ein perfekter Supraleiter oder nur ein sehr guter Leiter ist. „Metal ist ein wirklich, wirklich, wirklich, wirklich, wirklich guter Dirigent“, sagt Mason. Aber es ist immer noch nicht perfekt. „Bei Hitze geht viel Energie verloren. Deshalb werden unsere Laptops heiß und deshalb geht im Stromnetz so viel Energie verloren. Es kommt also wirklich darauf an, ob man einen perfekten oder einen wirklich guten Dirigenten hat.“

Auch die Bausteine ​​für LK-99 sorgten für Aufsehen. Im Gegensatz zu vielen Supraleitern aus Metall ist es zunächst ein nichtleitendes Mineral. „Wenn man mit einem Stein beginnt, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass man am Ende auch mit einem Stein endet“, sagt Michael Norman, ein angesehener Wissenschaftler und ehemaliger Direktor der Abteilung für Materialwissenschaften am Argonne National Laboratory. Es wird angenommen, dass das Material mit Kupfer dotiert wird, was es umwandelt, aber es ist nicht klar, wohin das Kupfer gelangen soll und wie es das Gestein in einen Supraleiter umwandelt.

„Diese Entdeckung kommt völlig aus heiterem Himmel“, sagt David Larbalestier, Chefmaterialwissenschaftler des National High Magnetic Field Laboratory und Professor am FAMU-FSU College of Engineering. „Ich habe ehrlich gesagt keine Ahnung, was die Idee hinter der Dotierung dieses [Minerals] mit Kupfer war.“

Haben wir nicht schon vor LK-99 von einem Drama um einen Raumtemperatur-Supraleiter gehört?

Es gab tatsächlich viel Drama. Bereits im Jahr 2020 gab ein Forscherteam der Universität Rochester an, einen Raumtemperatur-Supraleiter aus Wasserstoff, Schwefel und Kohlenstoff gefunden zu haben. Doch die in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie wurde später zurückgezogen, nachdem die Herausgeber auf Probleme bei der Verarbeitung der Studiendaten hingewiesen hatten.

„Das macht die meisten von uns sehr, sehr misstrauisch gegenüber Ansprüchen und Fällen, in denen Menschen ihre Daten nicht reproduzieren können.“

Die Rochester-Forscher versuchten es erneut. Im März veröffentlichten sie einen weiteren Artikel über einen Raumtemperatur-Supraleiter aus Stickstoff, Wasserstoff und dem Seltenerdmetall Lutetium. Sie nannten es „Reddmatter“, nach einem fiktiven Material aus Star Trek, das schwarze Löcher bildet. Dieses Papier wird immer noch geprüft, insbesondere da einer der wichtigsten Forscher aus Rochester in seiner anderen Arbeit mit separaten Vorwürfen des Plagiats und der Datenfälschung konfrontiert ist.

„Das ist einfach nicht gut für das Feld. Und es macht die meisten von uns sehr, sehr misstrauisch gegenüber Ansprüchen und Fällen, in denen Menschen ihre Daten nicht reproduzieren können.“ sagt Mason. „Wissenschaft funktioniert durch Reproduktion und durch unsere Fähigkeit, offen miteinander umzugehen und die Ergebnisse des anderen zu testen.“

Wie erfolgreich waren die Bemühungen, LK-99 nachzubilden und zu zeigen, ob es supraleitend ist?

Es sind nicht nur große Forschungslabore, die daran arbeiten, herauszufinden, ob LK-99 dem Hype gerecht werden kann. Da LK-99 aus relativ einfachen Zutaten hergestellt wird und keine extremen Temperaturen oder Drücke erfordert, versuchen es andere Leute mit Zugang dazu und der richtigen Ausrüstung. Ein Ingenieur eines Weltraumforschungs-Startups hat seine Bemühungen per Livestream auf Twitch übertragen, wie Wired diese Woche berichtete (es war offline, als The Verge versuchte, einzuschalten).

Experten sagen gegenüber The Verge, dass es noch zu früh sei, eine endgültige Entscheidung zu LK-99 zu treffen. Dennoch haben einige frühe Ergebnisse die Fantasie der Menschen in den sozialen Medien angeregt. Im Internet kursiert ein Video über ein Stück LK-99, das von einem Forscherteam der Huazhong University of Science and Technology hergestellt wurde und scheinbar zu schweben scheint. Schweben, wenn es über einem Magneten platziert wird, ist ein Zeichen von Diamagnetismus, wenn ein Material ein Magnetfeld ausstößt. Es handelt sich um eine klassische Signatur eines Supraleiters, der durch ein Phänomen namens Meissner-Effekt verursacht wird, und die Autoren, die zuerst über LK-99 geschrieben haben, haben auch ein Video beigefügt, in dem es teilweise schwebend zu sehen ist.

Es ist wichtig zu bedenken, dass Levitation allein noch keinen Supraleiter ausmacht. In strengen Tests muss der elektrische Widerstand immer noch Null sein. Andere Dinge schweben, weil sie diamagnetisch sind, wie zum Beispiel Graphit, und LK-99 könnte sich als eine neue Art von diamagnetischem Material herausstellen.

Seitdem wurden auf arXiv weitere Vorabdrucke von Forschungsgruppen veröffentlicht, die sagen, sie hätten Proben von LK-99 hergestellt und festgestellt, dass es sich bei Raumtemperatur nicht um einen Supraleiter handelt. Grovenor verweist auf eines vom CSIR-National Physical Laboratory in Indien, das seiner Meinung nach „von guter Qualität und sinnvoll“ sei.

Nachdem die Materialwissenschaftlerin Sinéad Griffin von Lawrence Berkeley ihre eigene Analyse mit einem GIF von Barack Obama, das ein Mikrofon fallen ließ, auf Twitter veröffentlichte, interpretierten andere die Ergebnisse als Beweis dafür, dass LK-99 tatsächlich als Supraleiter funktionieren könnte. Nur wollte Griffin das mit dem Papier nicht sagen. „TLDR: Meine Arbeit hat die Supraleitung weder bewiesen noch nachgewiesen“, stellte sie später klar. Es hieß lediglich, dass das Material vielversprechend sei, wenn das Kupfer beim Dotieren von LK-99 an einer bestimmten Stelle platziert würde, aber dass eigentlich nichts Besonderes passiere, wenn das Kupfer an der falschen Stelle sei.

Andere namhafte Institutionen haben ihre Ergebnisse noch nicht veröffentlicht, darunter Forscher des Argonne National Laboratory und des FAMU-FSU College of Engineering. „Innerhalb von ein oder zwei Wochen werden wir 20, 30, 40, 50 oder 100 Labore haben, die verschiedene Synthesen durchgeführt haben. Es wird also ziemlich schnell klar sein“, sagt Larbalestier.

Was wäre, wenn sich herausstellen würde, dass LK-99 tatsächlich ein Raumtemperatur-Supraleiter ist? Wird das unser Leben sofort verändern?

Nehmen wir an, dass es jemandem in ein oder zwei Wochen gelingt, eine Charge LK-99 herzustellen, die alle Tests auf Supraleitung besteht. Was dann? Nun, das ist immer noch keine Garantie dafür, dass LK-99 alles Elektrische völlig revolutionieren wird.

„Wenn es nicht hergestellt werden kann, ist es eine Laborkuriosität – eine, die einen Nobelpreis gewinnen wird – aber es ist immer noch eine Kuriosität. „Es ist ein wirklich langer Weg von einem Material, für das sich jeder als physikalisches Experiment begeistern kann, bis zu etwas, von dem ein Ingenieur sagen wird: ‚Ja, das werde ich kaufen und in meine Maschine stecken‘“, sagt Grovenor.

„Es gibt Tausende bekannter Supraleiter … Wir verwenden vier, weil sie zu einem Preis entwickelt und in Massenproduktion hergestellt werden können, der es ermöglicht, sie in realen Systemen einzusetzen, für die die Leute bezahlen“, sagt Grovenor.

„Vielleicht ist es einfach magisch“

Die Verarbeitung von LK-99 könnte möglicherweise schwierig sein, da es sich um ein Mineral und nicht um ein formbares Metall handelt, das man beispielsweise als Draht wickeln kann. Eine große Entdeckung in den 1980er Jahren führte zu Supraleitern, die bei höheren Temperaturen als zuvor arbeiten konnten. Es dauerte jedoch länger, bis sie in der Praxis Anwendung fanden, was zum Teil daran lag, dass es sich bei den Materialien um spröde Keramik handelte.

Wann könnten wir also Raumtemperatur-Supraleiter in der realen Welt sehen?

Keiner der Experten, mit denen The Verge gesprochen hat, konnte abschätzen, wann wir revolutionäre Raumtemperatur-Supraleiter in Aktion sehen könnten. „Vielleicht ist es nur Magie, ein magisches Einhorn, das nicht existiert“, sagt Grovenor. „Wir haben kein Recht zu erwarten, dass es da draußen magische Dinge gibt.“

Wir könnten möglicherweise immer noch einige der Dinge sehen, die ein Raumtemperatur-Supraleiter bewirken soll, auch wenn er nie entdeckt wird. Denken Sie an vollkommen effiziente supraleitende Stromnetze und leistungsfähigere medizinische Bildgebungsgeräte. Diese Entwicklungen könnten von weiteren schrittweisen Verbesserungen abhängen, um bestehende supraleitende Materialien billiger in der Herstellung und einfacher in der Anwendung zu machen.

„Es können große Verbesserungen erzielt werden, aber nicht durch die Erfindung eines Raumtemperatur-Supraleiters“, sagt Grovenor. „Sie nutzen die, die wir haben, effektiver.“

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