LK-99 [ 2 ] también llamado PCPOSOS , [ 3 ] es un compuesto policristalino gris-negro (o púrpura [ 1 ] ) , identificado como una oxiapatita de plomo dopada con cobre . Un equipo de la Universidad de Corea, liderado por Lee Sukbae ( 이석배 ) y Kim Ji-Hoon ( 김지훈 ), comenzó a estudiar este material como un superconductor potencial en 1999, y en julio de 2023 publicó preimpresiones que afirmaban que actuaba como un superconductor a temperatura ambiente [ 4 ] : 8 a temperaturas de hasta 400 K (127 °C; 260 °F) a presión ambiente. [ 2 ] [ 5 ] [ 4 ] : 1
Muchos investigadores diferentes intentaron replicar el trabajo y lograron obtener resultados iniciales en cuestión de semanas. [ 6 ] A mediados de agosto de 2023, el consenso [ 1 ] era que el LK-99 no es un superconductor a temperatura ambiente y es un aislante en estado puro. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
Varios intentos de replicación identificaron causas ferromagnéticas y diamagnéticas no superconductoras para las observaciones que sugerían superconductividad. Una causa importante fue una impureza de sulfuro de cobre [ 10 ] que se produjo durante la síntesis propuesta, la cual puede producir caídas de resistencia , transición lambda en la capacidad calorífica y respuesta magnética en muestras pequeñas. [ 11 ] [ 12 ] [ 10 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
Después de que se publicaron los preprints iniciales, Lee afirmó que estaban incompletos, [ 17 ] y el coautor Kim Hyun-Tak ( 김현탁 ) dijo que uno de los artículos contenía fallas. [ 18 ]
Propiedades químicas y estructura
La composición química de LK-99 es aproximadamente Pb 9 Cu(PO 4 ) 6 O, en la que, en comparación con la apatita de plomo pura (Pb 10 (PO 4 ) 6 O) [ 19 ] : 5 , aproximadamente una cuarta parte de los iones Pb(II) en la posición 2 de la estructura de la apatita son reemplazados por iones Cu(II). [ 4 ] : 9
La estructura es similar a la de la apatita , grupo espacial P 6 3 / m (n.º 176).
Síntesis
Lee et al . proporcionan un método para la síntesis química de LK-99 [ 19 ] : 2 en tres pasos. Primero producen lanarkita a partir de una mezcla molar 1:1 de polvos de óxido de plomo(II) (PbO) y sulfato de plomo(II) (Pb(SO4 ) ), calentados a 725 °C (1000 K; 1340 °F) durante 24 horas:
- PbO + Pb(SO 4 ) → Pb 2 (SO 4 )O.
En segundo lugar, el fosfuro de cobre(I) (Cu 3 P) se produce mezclando polvos de cobre (Cu) y fósforo (P) en una proporción molar de 3:1 en un tubo sellado al vacío, y calentándolo a 550 °C (820 K; 1000 °F) durante 48 horas: [ 19 ] : 3
- 3 Cu + P → Cu 3 P.
Finalmente, los cristales de lanarkita y fosfuro de cobre se muelen hasta convertirlos en polvo, se colocan en un tubo sellado al vacío y se calientan a 925 °C (1200 K; 1700 °F) durante entre 5 y 20 horas: [ 19 ] : 3
- Pb 2 (SO 4 )O + Cu 3 P → Pb 10- x Cu x (PO 4 ) 6 O + S (g), donde 0,9 < x < 1,1.
Hubo varios problemas con la síntesis anterior del artículo inicial. La reacción no está balanceada , y otros informaron también la presencia de sulfuro de cobre(I) ( Cu₂S ) . [ 20 ] [ 12 ] ParaUna reacción equilibrada podría ser:
Muchas síntesis produjeron resultados fragmentarios en diferentes fases, donde algunos de los fragmentos resultantes respondían a campos magnéticos y otros no. [ 22 ] La primera síntesis para producir cristales puros reveló que eran aislantes diamagnéticos. [ 23 ]
Propiedades físicas
Se informó que algunas muestras pequeñas de LK-99 mostraron fuertes propiedades diamagnéticas, incluyendo una respuesta que, de manera confusa, [ 24 ] se denominó "levitación parcial" sobre un imán. [ 19 ] Esto es un signo de diamagnetismo o ferromagnetismo regular; sin embargo, algunos lo interpretaron erróneamente como un signo de superconductividad.
Aunque los preprints iniciales afirmaban que el material era un superconductor a temperatura ambiente, [ 19 ] : 1 no informaron haber observado ninguna propiedad definitiva de la superconductividad, como resistencia cero, el efecto Meissner , fijación de flujo , susceptibilidad magnética de CA , el efecto Josephson , un campo y corriente críticos dependientes de la temperatura, o un salto repentino en el calor específico alrededor de la temperatura crítica. [ 25 ]
Debido a que es común que un nuevo material parezca espuriamente un candidato potencial para la superconductividad de alta temperatura , [ 14 ] los informes experimentales exhaustivos normalmente demuestran varias de estas propiedades. Ninguna de estas propiedades fue observada jamás en el experimento original ni en ninguna de sus réplicas. [ 26 ]
Mecanismo propuesto para la superconductividad
Se dice que el reemplazo parcial de iones Pb 2+ con iones Cu 2+ más pequeños causa una reducción del 0,48% en el volumen, creando tensión interna en el material, [ 4 ] : 8 causando un pozo cuántico de heterounión entre el Pb(1) y el oxígeno dentro del fosfato ([PO 4 ] 3− ). Kim Hyun-Tak propuso que este pozo cuántico podría ser superconductor [ 4 ] : 10 , en un artículo de 2021 [ 27 ] que describe una teoría novedosa y compleja que combina ideas de una teoría clásica de transiciones metal-aislante, [ 28 ] la teoría estándar de Bardeen-Cooper-Schrieffer y la teoría de la superconductividad de huecos [ 29 ] de JE Hirsch .
El 31 de julio de 2023, Sinéad Griffin del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley analizó LK-99 con la teoría del funcional de la densidad (DFT), mostrando que su estructura podría tener bandas planas aisladas correlacionadas , lo que podría contribuir a la superconductividad. [ 30 ] Sin embargo, si bien otros investigadores coincidieron con el análisis DFT, varios sugirieron que esto no era compatible con la superconductividad y que sería necesaria una estructura diferente a la descrita por Lee et al. [ 31 ] En agosto, un estudio de Alexandru Georgescu en la Universidad de Indiana no encontró bandas planas en el nivel de Fermi, concluyendo que estaban relacionadas con una estructura de alta simetría desfavorable. [ 32 ]
Ausencia propuesta de superconductividad
Los análisis realizados por físicos industriales y experimentales señalaron deficiencias experimentales y teóricas de los trabajos publicados. [ 33 ] Las deficiencias incluían la falta de diagramas de fase [ 29 ] que abarcaran la temperatura, la estequiometría, [ 34 ] y la tensión; la falta de vías para la muy alta T c del LK-99 en comparación con los superconductores de fermiones pesados anteriores; la ausencia de fijación de flujo en cualquier observación; la posibilidad de artefactos conductivos estocásticos [ 35 ] en las mediciones de conductividad; la alta resistencia y la baja capacidad de corriente del supuesto estado superconductor; y la falta de microscopía electrónica de transmisión (TEM) directa de los materiales.
Nombre compuesto
El nombre LK-99 proviene de las iniciales de Lee y Kim, y del año en que comenzaron a trabajar con el material (1999). [ 2 ] La pareja había trabajado con la Cátedra Tong-Seek ( 최동식 ) en la Universidad de Corea en la década de 1990. [ 36 ] En 2008, fundaron el Centro de Investigación de Energía Cuántica (퀀텀 에너지연구소; también conocido como Q-Centre ) con otros investigadores de la Universidad de Corea. [ 17 ] Lee se convertiría más tarde en director ejecutivo de Q-Centre , y Kim en director de investigación y desarrollo .
Historial de publicación
Lee afirmó que en 2020 se envió un artículo inicial a Nature , pero fue rechazado. [ 36 ] Una investigación similar sobre superconductores a temperatura ambiente (pero con un sistema químico completamente diferente) realizada por Ranga P. Dias se había publicado en Nature a principios de ese año y fue recibida con escepticismo; el artículo de Dias sería posteriormente retractado en 2022 después de que se cuestionara la falsificación de sus datos. [ 37 ]
En 2020, Lee y Kim Ji-Hoon presentaron una solicitud de patente. [ 38 ] Una segunda solicitud de patente (que además incluía a Young-Wan Kwon) se presentó en 2021 y se publicó el 3 de marzo de 2023. [ 39 ] Una patente de la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual (OMPI) también se publicó el 2 de marzo de 2023. [ 40 ] El 4 de abril de 2023, el Q-Centre presentó una solicitud de marca comercial coreana para "LK-99" . [ 41 ]
Artículos académicos y preimpresiones
En 2023 se publicó una serie de artículos académicos que resumían los hallazgos iniciales, con un total de siete autores en cuatro publicaciones.
- El 31 de marzo de 2023, se envió un artículo en coreano titulado "Consideraciones para el desarrollo de un superconductor a temperatura ambiente y presión ambiente (LK-99)" a la revista Korean Journal of Crystal Growth and Crystal Technology . [ 5 ] Fue aceptado el 18 de abril, pero no tuvo una amplia difusión hasta tres meses después.
- El 22 de julio de 2023, aparecieron dos preimpresiones en arXiv . La primera fue enviada por Young-Wan Kwon, quien, como ex CTO de Q-Centre , figuraba como tercer autor. [ 4 ] La segunda preimpresión fue enviada solo dos horas después por Kim Hyun-Tak, ex investigador principal del Instituto de Investigación de Electrónica y Telecomunicaciones y profesor del College of William & Mary , quien se incluyó como tercer autor, además de tres nuevos autores. [ 19 ] [ 42 ]
- El 23 de julio, Lee también presentó los hallazgos a APL Materials para su revisión por pares . [ 36 ] [ 17 ] El 3 de agosto de 2023, un Comité de Verificación LK-99 coreano recién formado solicitó una muestra de alta calidad al equipo de investigación original. El equipo respondió que solo proporcionarían la muestra una vez que se completara el proceso de revisión de su artículo de APL, que se esperaba que durara varias semanas o meses. [ 43 ]
Las publicaciones que describían los intentos de replicación comenzaron a publicarse tan pronto como la semana siguiente.
- El 31 de julio de 2023, un grupo liderado por Kapil Kumar publicó una preimpresión en arXiv que documentaba sus intentos de replicación, los cuales confirmaron la estructura mediante cristalografía de rayos X (DRX) pero no lograron encontrar un fuerte diamagnetismo. [ 20 ]
- El 11 de agosto de 2023, P. Puphal et al. publicaron su preimpresión sobre la síntesis de los primeros monocristales de Pb 9 Cu(PO 4 ) 6 O, refutando finalmente la superconductividad en esta estequiometría química, publicada posteriormente en APL Materials . [ 44 ]
- El 16 de agosto de 2023, Nature publicó un artículo en el que declaraba que se había demostrado que el LK-99 no era un superconductor, sino un aislante. Citaba declaraciones de un experimentador de materia condensada de la Universidad de California, Davis , y varios estudios presentados en agosto de 2023. [ 1 ]
Otros comentarios de los autores
El 26 de julio de 2023, Kim Hyun-Tak declaró en una entrevista con New Scientist que el primer artículo presentado por Kwon contenía "muchos defectos" y fue presentado sin su permiso. [ 34 ] [ 42 ]
El 28 de julio de 2023, Kwon presentó los hallazgos en un simposio celebrado en la Universidad de Corea. [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] Ese mismo día , la agencia de noticias Yonhap publicó un artículo que citaba a un funcionario de la Universidad de Corea diciendo que Kwon ya no estaba en contacto con la universidad. [ 17 ] El artículo también citaba a Lee diciendo que Kwon había dejado el Instituto de Investigación Q-Centre cuatro meses antes. [ 17 ]
El mismo día, Kim Hyun-Tak proporcionó a The New York Times un nuevo video que presumiblemente muestra una muestra con fuertes signos de diamagnetismo. [ 2 ] El video [ 48 ] parece mostrar una muestra diferente a la del preimpreso original. El 4 de agosto de 2023, declaró a SBS News que las muestras de LK-99 de alta calidad podrían exhibir un diamagnetismo más de 5000 veces mayor que el del grafito, lo cual, según él, sería inexplicable a menos que la sustancia fuera un superconductor. [ 49 ]
Respuesta
Los científicos de materiales y los investigadores de superconductores respondieron con escepticismo. [ 18 ] [ 50 ] Los superconductores de temperatura más alta conocidos en el momento de la publicación tenían una temperatura crítica de 250 K (−23 °C; −10 °F) a presiones de más de 170 gigapascales (1.680.000 atm; 24.700.000 psi) . Los superconductores de temperatura más alta a presión atmosférica (1 atm) tenían una temperatura crítica de como máximo 150 K (−123 °C; −190 °F) .
El 2 de agosto de 2023, la Sociedad Coreana de Superconductividad y Criogenia estableció un comité de verificación en respuesta a la controversia y las afirmaciones no verificadas sobre el LK-99, con el fin de llegar a conclusiones sobre dichas afirmaciones. El comité de verificación está dirigido por Kim Chang-Young de la Universidad Nacional de Seúl y está compuesto por miembros de la Universidad Nacional de Seúl, la Universidad Sungkyunkwan y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang . Tras su formación, el comité de verificación no estuvo de acuerdo en que los dos artículos de arXiv del 22 de julio de Lee et al. ni los vídeos disponibles públicamente en ese momento respaldaran la afirmación de que el LK-99 fuera un superconductor. [ 42 ] [ 51 ]
A fecha de 15 de agosto de 2023 ,Las propiedades medidas no sugirieron que el LK-99 sea un superconductor. El material publicado no explica cómo puede cambiar la magnetización del LK-99, demuestra su capacidad calorífica específica ni demuestra que cruce su temperatura de transición. [ 18 ] Una explicación más probable para la respuesta magnética del LK-99 es una mezcla de ferromagnetismo y diamagnetismo no superconductor . [ 42 ] [ 16 ] [ 52 ] Varios estudios encontraron que la contaminación por sulfuro de cobre(I), común en el proceso de síntesis, podría replicar fielmente las observaciones que inspiraron las preimpresiones iniciales. [ 10 ] [ 11 ]
Respuesta pública
Las afirmaciones en los artículos del 22 de julio de Lee et al. se viralizaron en las plataformas de redes sociales la semana siguiente. [ 6 ] [ 53 ] La naturaleza viral de la afirmación resultó en publicaciones de usuarios que usaban seudónimos de Rusia y China que afirmaban haber replicado LK-99 tanto en Twitter como en Zhihu . [ 54 ] Otros videos virales se describían a sí mismos como si hubieran replicado muestras de LK-99 "parcialmente levitando", la mayoría de los cuales resultaron ser falsos. [ 50 ]
Los científicos entrevistados por la prensa se mantuvieron escépticos, [ 55 ] [ 56 ] debido a la calidad de las preimpresiones originales, la falta de pureza de la muestra que reportaron y la legitimidad de la afirmación después de que el fracaso de afirmaciones anteriores de superconductividad a temperatura ambiente no demostrara legitimidad (como el caso Ranga Dias ). [ 42 ] La Sociedad Coreana de Superconductividad y Criogenia expresó su preocupación por los impactos sociales y económicos de la investigación preliminar y no verificada del LK-99. [ 57 ]
Un vídeo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, subido el 1 de agosto de 2023 por un investigador postdoctoral del equipo de Chang Haixin, [ 42 ] aparentemente mostraba una muestra de LK-99 de tamaño micrométrico levitando parcialmente. Esto se viralizó en las redes sociales chinas, convirtiéndose en el vídeo más visto en Bilibili al día siguiente, [ 58 ] [ 42 ] y un mercado de predicción estimó brevemente la probabilidad de una replicación exitosa en un 60%. [ 59 ] Un investigador de la Academia China de Ciencias se negó a hacer declaraciones al público sobre el vídeo, calificando la afirmación de "ridícula". [ 58 ]
A principios de agosto, la gente empezó a crear memes sobre "rocas flotantes" [ 60 ] , y hubo un breve repunte en las acciones tecnológicas coreanas y chinas [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ], a pesar de las advertencias de la bolsa de valores coreana contra las apuestas especulativas a la luz del entusiasmo en torno al LK-99 [ 57 ] , que finalmente cayó el 8 de agosto [ 64 ]. Tras la publicación del artículo de Nature el 16 de agosto que proclamaba que el LK-99 no es un superconductor [ 1 ] , las acciones de superconductores surcoreanos cayeron aún más, ya que el interés de los inversores por el LK-99 de las semanas anteriores desapareció [ 65 ] .
Intentos de replicación
Tras la publicación de julio de 2023, grupos independientes informaron que habían comenzado a intentar reproducir la síntesis, y se esperaban resultados iniciales en cuestión de semanas. [ 6 ] Algunos esfuerzos de replicación obtuvieron visibilidad mundial, gracias a los rastreadores de replicación en línea que catalogaban los nuevos anuncios y las actualizaciones de estado. [ 54 ] [ 26 ]
A fecha de 15 de agosto de 2023 ,Ningún intento de replicación había sido revisado por pares por una revista. De los intentos no revisados por pares, más de 15 laboratorios notables publicaron resultados que no observaron ninguna superconductividad, y algunos observaron respuesta magnética en pequeños fragmentos que podrían explicarse por diamagnetismo o ferromagnetismo normales. Algunos demostraron y replicaron causas alternativas de las observaciones en los artículos originales: el sulfuro de cobre (I) deficiente en cobre [ 10 ] tiene una transición de fase conocida a 377 K (104 °C; 219 °F) de una fase de baja temperatura a una fase superiónica de alta temperatura, con un fuerte aumento en la resistividad [ 11 ] [ 10 ] y una característica similar a λ en la capacidad calorífica. [ 10 ] Además, el Cu2S es diamagnético.
Solo un intento observó algo que pudiera haber sido un signo de superconductividad: la Universidad del Sudeste afirmó medir una resistencia muy baja en una lámina de LK-99, en uno de cuatro intentos de síntesis, por debajo de una temperatura de 110 K (−163 °C; −262 °F) . [ 2 ] [ 66 ] Expertos en el campo expresaron dudas, ya que el estudio no vio una caída a resistencia cero, tenía grandes artefactos de medición y usó instrumentos rudimentarios que no podían medir resistencia por debajo de 10 μΩ (demasiado alto para distinguir la superconductividad de la conductividad a baja temperatura menos exótica). [ 50 ] [ 67 ]
Estudios experimentales seleccionados
Clave de resultados: # Éxito * Éxito parcial ‡ Fracaso parcial † Fracaso
Estudios teóricos
En los trabajos iniciales, las explicaciones teóricas de los posibles mecanismos de superconductividad en LK-99 eran incompletas. Análisis posteriores realizados por otros laboratorios añadieron simulaciones y evaluaciones teóricas de las propiedades electrónicas del material a partir de primeros principios. Un análisis de Georgescu et al. refutó exhaustivamente las afirmaciones de las preimpresiones originales, y fue actualizado a principios de 2025 y publicado en la revista revisada por pares Chemistry of Materials . [ 92 ]
Estudios teóricos seleccionados:
- 1 2 Los tres primeros análisis de la teoría del funcional de la densidad se publicaron con 24 horas de diferencia entre sí y tienen un análisis que se superpone en gran medida.
Véase también
- Óxido de bismuto, estroncio, calcio y cobre : Superconductividad a T c ≈ 33 K (−240,2 °C) a 104 K (−169 °C)
- Hidruro de azufre carbonáceo : Supuesta superconductividad a T c ≈ 288 K (15 °C) a 267 GPa
- Decahidruro de lantano : Superconductividad a T c = 250 K (−23 °C) a 150 GPa
- Salvatore Pais – Inventor con una patente referenciada en la patente LK-99.
- Superconductor no convencional
Referencias
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En declaraciones a
New Scientist
, Hyun-Tak Kim, del
College of William & Mary
en Virginia, afirma que apoyará a cualquiera que intente replicar el trabajo de su equipo. ... [HT] Kim solo ha sido coautor de uno de los artículos de arXiv, mientras que el otro es obra de sus colegas del Centro de Investigación de Energía Cuántica en Corea del Sur. ... Ambos artículos presentan mediciones similares; sin embargo, [HT] Kim afirma que el segundo artículo [de 3 autores] contiene "muchos defectos" y fue subido a arXiv sin su permiso. ... Una vez que los hallazgos se publiquen en una revista revisada por pares, ... [HT] Kim afirma que ... apoyará a cualquiera que quiera crear y probar LK-99
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¿Qué hay de ese video de levitación? El Dr. Sven Friedemann, profesor asociado de la Facultad de Física de la
Universidad de Bristol
, dijo
a i
que ese, y otros datos del artículo, "podrían provenir de otros fenómenos".
El grafeno
, ... "también es
diamagnético
[muestra repulsión como un superconductor] y puede producir levitación débil". El video, en otras palabras, podría tener una explicación no relacionada con la superconductividad.
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El compuesto Pb
10
(PO
4
)
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O ha sido denominado 'oxipiromorfita'... Pb
10
(PO
4
)
6
O cristaliza con una estructura de tipo
apatita
. La estructura contiene un único átomo
de O
que no forma parte de un tetraedro de PO
4
; tiene un factor de ocupación de sitio de 0,25 y está ubicado en el
eje 6
3 .
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LK-99 연구에 참여하고 있는 한국에너지공대의 한 연구자는 8일 디지털타임스와의 통화에서 "샘플에 대한 X선 회절구조 분석 결과, 논문에 제시된 것과 샘플의 미세 결정구조가 같다는 사실을 확인했다"고 밝혔다. 이 연구자는 "미세 결정구조를 보면 물질의 물성을 확인하지 못해도 가능성을 추정할 수 LK-99 está equipado con un cable de alimentación X레이로 결정구조를 확인한 결과, 퀀텀에너지연구소 측이. 논문에서 밝힌 결정구조와 샘플에서 확인되는 결정구조가 같았다"고 말했다.
- Shilin Zhu; Wei Wu; Zheng Li; Jianlin Luo (8 de agosto de 2023). "Transición de primer orden en LK-99 que contiene Cu2S". Asunto . 6 (12): 4401– 4407. arXiv : 2308.04353 . doi : 10.1016/j.matt.2023.11.001 .
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Enlaces externos
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- Lista de afirmaciones de replicación, actualizada periódicamente:
- Recopilación de afirmaciones conocidas sobre intentos de replicación . Guderian2nd, Foros de Spacebattles. Consultado el 2 de agosto de 2023.
- LK-99#Reclamaciones en línea . Eiri Sanada. Consultado el 2 de agosto de 2023.
- 2023 en ciencia
- compuestos de plomo(II)
- Fosfatos
- Ciencia y tecnología en Corea del Sur
- Superconductividad
- Cristales del grupo espacial 176
- Controversias sobre descubrimientos e invenciones