सुपरकंडक्टर समाचार: दावा क्या है और सबूत कितने मजबूत हैं
(science.org)- दो rXiv preprint LK-99 को “room-temperature, ambient-pressure superconductor” बताते हैं, और critical temperature पानी के boiling point से अधिक 127°C बताया गया है
- synthesis method में lanarkite और Cu3P को 1:1 अनुपात में मिलाकर vacuum quartz tube में 925°C पर गर्म किया जाता है, इसलिए कई solid materials labs जल्दी replication की कोशिश कर सकती हैं
- सबूत के तौर पर X-ray diffraction, EPR, Meissner effect, critical temperature पर resistance में तेज बदलाव, और temperature व magnetic field के अनुसार I-V graphs दिए गए हैं; replication ही फैसले की कुंजी है
- LK-99 फिलहाल एक polycrystalline material है और high-temperature superconducting state में बड़ा current carry नहीं कर सकता, इसलिए industrial applications की संभावना अभी अनिश्चित है
- अगर नतीजे सही हैं, तो quantum well आधारित material search तेज हो सकती है और power, magnets, electric motors जैसे क्षेत्रों पर बड़ा असर पड़ सकता है, लेकिन verification से पहले failure की संभावना भी बनी हुई है
LK-99 के room-temperature, ambient-pressure superconductor होने का दावा
- दो rXiv preprint जारी हुए हैं, जिनमें से एक का शीर्षक “The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor” है और वह room-temperature, ambient-pressure superconductor होने का दावा करता है
- उसी team का नया manuscript भी एक Korean academic journal में प्रकाशित हुआ है, जिसमें अधिक data शामिल दिखता है
- लेखक आंतरिक मतभेदों से अलग यह रुख बनाए हुए हैं कि उन्होंने दावा किया हुआ room-temperature superconductor वास्तव में हासिल कर लिया है
- कई labs replication experiments कर रही हैं, और “3-author preprint” वापस लिए जाने की संभावना है, जबकि “6-author preprint” को journal review submission manuscript के रूप में संशोधित किया जा रहा है
material structure और synthesis procedure
- LK-99 एक lead-based copper-doped material है, जिसकी composition Pb10-xCux(PO4)6O बताई गई है
- synthesis की शुरुआत lead oxide और lead sulfate से बने प्रसिद्ध mineral lanarkite, Pb2(SO4)O को तैयार करने से होती है
- अलग से elemental copper और phosphorus से copper phosphide, Cu3P को नया तैयार किया जाता है
- दोनों materials को 1:1 ratio में पीसकर मिलाया जाता है, फिर vacuum-evacuated quartz tube में seal करके 925°C पर गर्म किया जाता है, जिससे dark polycrystalline material LK-99 बनता है
- structure प्रसिद्ध phosphate mineral apatite से बहुत मिलता-जुलता है, लेकिन lattice में कुछ खास lead atoms के copper से replace होने पर crystallographic unit cell थोड़ा छोटा हो जाता है
प्रस्तावित superconducting mechanism और experimental evidence
- लेखकों का मानना है कि distorted और strained structure कुछ lead atoms और phosphate-group oxygen के बीच कई quantum wells बनाता है, और effectively 2D electron gas तैयार करता है
- प्रस्तावित mechanism यह है कि 3.7~6.5Å दूर quantum wells के बीच electrons tunnel करते हैं और superconductivity दिखाई देती है
- इस hypothesis को support करने के लिए X-ray diffraction, EPR आदि कई data शामिल हैं
- superconductor होने पर जिन phenomena की पुष्टि होनी चाहिए, वे भी साथ में दिए गए हैं
- Meissner effect: magnetic field exclusion
- critical temperature पर resistance में अचानक बदलाव
- अलग-अलग temperatures और magnetic field strengths पर current-voltage, यानी I-V graphs
- अगर ये data replicate होते हैं, तो LK-99 की superconductivity पर शक करना मुश्किल हो जाएगा
जल्दी फैसला हो सकने की वजह
- LK-99 की synthesis procedure अपेक्षाकृत straightforward है, इसलिए दुनिया भर की solid materials labs तेजी से replication की कोशिश कर सकती हैं
- procedure खुद follow करने में आसान है, इसलिए पहले samples जल्द ही quartz vessels से निकल सकते हैं
- अब तक के इसी तरह के superconductor claims detailed scrutiny में ढह चुके हैं, और Rochester superconductivity research group का paper भी data manipulation के आरोपों के कारण एक और retraction के करीब है
- पुराने मामलों में fabrication और evaluation के लिए बेहद specialized equipment चाहिए था, लेकिन यह report ऐसी है जो या तो जल्दी ढह सकती है या जल्दी साबित हो सकती है
- 1987 की superconductor discovery की तरह, यह कम समय में verification phase में जा सकती है
industrial limitations और संभावित प्रभाव
- यह अनिश्चित है कि LK-99 खुद बड़े पैमाने का industrial material बन पाएगा या नहीं
- property data के अनुसार LK-99 high-temperature superconducting state में बहुत अधिक current carry नहीं करता, और यह कई applications में core property है
- दूसरे superconductors में भी आम तौर पर temperature के critical temperature के करीब जाते ही current density घटने की प्रवृत्ति होती है
- synthesized LK-99 एक polycrystalline material है, और अलग-अलग crystal regions के बीच junctions current density पर बड़ा असर डाल सकते हैं
- अगर quantum well superconductors वाकई इस तरह काम करते हैं, तो current density बढ़ाने के लिए ज्यादा refined synthesis और manufacturing पर बड़े पैमाने की research केंद्रित हो सकती है
- अगर नतीजे replicate होते हैं, तो सिर्फ यह तथ्य कि “ऐसा material मौजूद हो सकता है” भी बड़ा turning point होगा
- अगर high-current-density वाला robust room-temperature superconductor संभव हो जाता है, तो power generation और transmission, antennas, power storage, magnet applications, fusion power plants, electric motors जैसे electricity से चलने वाले लगभग हर क्षेत्र पर असर पड़ सकता है
- फिलहाल LK-99 वह final material नहीं है या अभी नहीं हो सकता, और यह कुछ भी न निकले—यह संभावना भी बनी हुई है
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
मूल पेपर का बहुत उपयोगी सारांश दिया गया है
लेखकों का मानना है कि deformation/stress structure कुछ खास lead atoms और पास के phosphate group oxygen के बीच कई quantum wells बनाता है, और व्यवहार में 2D electron gas बनाता है
3.7~6.5 Å दूर quantum wells के बीच electron tunneling को superconducting mechanism के रूप में प्रस्तावित किया गया है
मैं इस प्रस्ताव का मूल्यांकन करने लायक solid-state physics विशेषज्ञ नहीं हूं, लेकिन यह अच्छी बात है कि उन्होंने experimentally test की जा सकने वाली विस्तृत mechanism दी है और X-ray diffraction, EPR आदि data भी काफी जोड़ा है
Meissner effect, critical temperature पर resistance में तेज बदलाव, temperature/magnetic field के हिसाब से current-voltage curves जैसी वे behavior भी दिखाए गए हैं जो एक superconductor को दिखाने चाहिए
अगर यह data reproduce हो जाता है, तो इस material की superconductivity पर शक करना मुश्किल लगेगा
यह साबित करना कि यह superconductor क्यों है, उससे कहीं आसान और ज्यादा महत्वपूर्ण है यह साबित करना कि यह सच में superconductor है
हालांकि room-temperature superconductivity के लिए working theory बनाना भी बहुत संभव है कि Nobel Prize के लायक हो, इसलिए theoretical physicists भी अब तक blackboard की ओर दौड़ रहे होंगे
solid-state physics पर कुछ काम कर चुके व्यक्ति के तौर पर मैं उम्मीद करता हूं कि explanation में electron pair formation mechanism शामिल होनी चाहिए
साधारण quantum wells के बीच tunneling तो 80~90 के दशक के “metamaterials” के समय से ही आम विषय रहा है
फिर भी measurement curves झूठ नहीं बोलते, और मैं इस field को लगातार follow नहीं कर पाया हूं, इसलिए खुले मन से सुनना चाहूंगा। सच में superconducting revolution आए, यही उम्मीद है
और बेहतर यह है कि यह एक बहुत बड़ा दावा है, इसलिए यह science में epistemology कैसे काम करती है, खासकर reproduction का क्या मतलब है, यह दिखाने वाला case बनेगा
जानना चाहता हूं कि क्या कभी इसे massive cooling के बिना semiconductor chips की power/clock distribution layers में इस्तेमाल किया जा सकेगा
New Scientist ने लेखकों और कुछ experts से जवाब लिए: https://www.newscientist.com/article/2384782-room-temperatur...
Kim arXiv papers में से केवल एक में co-author थे, और दूसरा paper Korea Quantum Energy Research Centre के उनके colleagues ने लिखा था; उनमें से कुछ ने अगस्त 2022 में LK-99 patent भी file किया था
दोनों papers मिलते-जुलते measurements पेश करते हैं, लेकिन Kim का कहना है कि दूसरे paper में “कई flaws” हैं और वह उनकी permission के बिना arXiv पर upload किया गया
New Scientist ने जिन अन्य experts से संपर्क किया, वे भी results और data को लेकर skeptical थे, और कुछ ने चिंता जताई कि कुछ results को experimental procedure की errors और LK-99 sample defects से भी explain किया जा सकता है
अगर यह सच है, तो हैरानी है कि ऐसी discovery को 2 साल से ज्यादा समय तक दबाए रखा गया
Update: LK-99 नाम भी discoverers Dr. Lee और Dr. Kim, और discovery year 1999 से आया लगता है, इसलिए इसकी history और लंबी हो सकती है: https://kr.linkedin.com/in/ji-hoon-kim-03508b80
मैं superconductor specialist physicist नहीं हूं, लेकिन 90 के दशक से इस field को काफी करीब से follow करता आया हूं
शायद अगले 1~2 हफ्तों में साफ हो जाएगा। इतनी आसानी से reproducible experiment के लिए stakes बहुत बड़े हैं, इसलिए इससे ज्यादा समय लगने की वजह नहीं दिखती
Reddit के एक शोधकर्ता का मानना है कि यह superconductivity नहीं, बल्कि measurement artifact होने की संभावना ज़्यादा है
उनका कहना है कि यह धोखा नहीं है, बल्कि लगता है कि वे खुद नहीं समझ पा रहे कि वे क्या देख रहे हैं
मूल्यांकन यह है कि measurement items और तरीकों को देखकर लगता है कि वे superconductor characterization की standard प्रक्रिया को ठीक से नहीं समझते, और analysis/discussion देखकर background theory की scientific समझ भी कम लगती है
आलोचना यह है कि दोनों papers दुर्भावना से ज़्यादा खराब science जैसे हैं, और भले ही दावा सच हो, फिर भी यह खराब science ही रहेगा
वे कहते हैं कि ऐसे दावे दुर्लभ नहीं हैं, और कुछ साल पहले बिना किसी नतीजे के गायब हो चुके एक paper को उदाहरण के तौर पर देते हैं: https://doi.org/10.48550/arXiv.1807.08572
https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
पहले कही गई बात कि graphite भी यही कर सकता है, मेरे हिसाब से सच नहीं है
graphite magnetic field को repel कर सकता है, लेकिन वह फिसलकर गिर जाता है, इसलिए diamagnetism experiments में उसे जगह पर पकड़े रखने के लिए कई magnets इस्तेमाल किए जाते हैं
video में यह कहीं फिसलता हुआ नहीं दिखता, इसलिए मेरे विचार में video diamagnetism नहीं दिखा रहा
https://sciencecast.org/casts/suc384jly50n
Edit: दोबारा देखने पर लगता है कि यह एक edge से fixed है और वह edge हमेशा magnet के बाहर की ओर रहती है, इसलिए यह सिर्फ diamagnetism भी हो सकता है। अच्छा होगा अगर pyrolytic carbon वाला कोई व्यक्ति इसे test करे
Edit2: YouTube पर diamagnetism videos में से 99% कई magnets इस्तेमाल करते हैं, और single-pole magnet पर diamagnetism दिखाने वाले videos केवल उन मामलों के थे जहां यह काम नहीं करता था: https://youtu.be/D-tW8_SRW3g
मुझे लगता है यह simple pyrolytic carbon से ज़्यादा है
पहले paper में वे microvolt scale पर zero resistance measure करने का दावा करते हैं, लेकिन पूरी resistance-temperature curve सावधानी से नहीं दिखाते
दूसरे paper में अधिक complete curve देखने पर Tc के नीचे भी बड़ा बदलाव दिखता है, जिससे सवाल उठता है कि superconducting zero-resistance state में resistance इतना कैसे बदल सकता है
paper 1 के Figure 1c में भी ohmic state में बहुत noise दिखता है, और 0 magnetic field में temperature घटने पर resistance बढ़ता है, यानी insulator जैसा दिखता है, लेकिन magnetic field लगाने पर metal जैसा दिखता है। measurement में कुछ गड़बड़ है
400K को superconducting temperature मानना भी अजीब है। यह MPMS system के measure कर सकने वाले upper limit से ठीक match करता है, इसलिए पूरी तरह arbitrary नहीं दिखता
जाहिर है oven attachment के साथ कहीं अधिक temperature तक measure करना चाहिए था, और दूसरे labs के collaborators के साथ results verify करने चाहिए थे
ZFC-FC measurement में 10 gauss बहुत छोटा magnetic field है, और अगर Tc 400K से ऊपर है तो phase transition के बारे में कुछ दिखाने के लिए higher-temperature data चाहिए
density of states measure करने का दावा भी बिल्कुल justify नहीं किया गया है, citation तक नहीं है। समझ नहीं आता इसे कैसे माना जाए
कुल मिलाकर data और paper पेश करने का तरीका ही ढीला-ढाला है। अगर सच में breakthrough discovery की होती तो शायद वे इस पर ज़्यादा ध्यान देते
non-expert नज़रिए से संक्षेप में कहें तो, अगर यह superconductor है और measurement सही है, तो Figure 5 का मतलब है कि sample को superconductor बनने के लिए पूरी तरह pure होना चाहिए
लेकिन paper का बाकी हिस्सा इस ओर इशारा करता है कि sample में impurities होनी चाहिए
इसलिए काफी संभावना है कि या तो यह superconductor नहीं है, या measurement गलत है, या शायद दोनों
critical temperature तक ठीक से ले जाकर full Meissner effect भी कभी नहीं दिखाया गया, इसलिए अगर measurement गलत है तो वैसे भी यह superconductivity का evidence नहीं, सिर्फ diamagnetism का evidence रह जाता है
https://www.reddit.com/r/worldnews/comments/159g2k4/comment/...
Figure 1b अज्ञात temperature पर resistivity दिखाता है। वे current चलाकर measure करते हैं कि कोई potential drop नहीं है; पहले temperature बताना चाहिए, और फिर temperature के function के रूप में measure करना चाहिए
critical temperature पर resistance का 0 पर गिरना मुख्य बात है, लेकिन उन्होंने सिर्फ यह दिखाया है कि current डालने वाला contact शायद टूट गया था
मेरे हिसाब से यह basic validation पास नहीं करता। Reddit पर भी मैंने समझाया कि मुझे यह क्यों बेतुका लगता है
इसके सही होने का एकमात्र तरीका यह है कि सब कुछ fabricated हो, और तब सभी संभावनाएं खुली रखनी पड़ेंगी
बाकी हिस्सों पर मैं ठीक से नहीं कह सकता, लेकिन 1b इतना बेतुका है कि थोड़े ज्ञान से भी समझ आ जाए, इसलिए बाकी की सच्चाई भी बेहद संदिग्ध लगती है
उन्होंने बताया है कि वे “strongly correlated systems के MIT mechanism, cuprate superconductors के high-temperature Tc mechanism, MIT devices, quantum transistors पर research कर रहे हैं”; इसका कितना मतलब है, यह नहीं पता
https://www.quora.com/profile/Hyun-Tak-Kim?share=1
Twitter पर देखी गई एक दिलचस्प बात यह है कि सार्वजनिक हुए दोनों papers में पहले दो authors “Lee” और “JH Kim” हैं, और ये LK-99 material name से जुड़े हैं
पहले paper को YW Kwon ने खुद को तीसरा author बनाकर public किया, और दूसरे paper को कुछ घंटों बाद Hyun-Tak Kim ने खुद को तीसरा author बनाकर public किया
Nobel Prize में अधिकतम 3 लोगों के नाम शामिल हो सकते हैं, इसे देखते हुए सभी इस result को Nobel-worthy मान सकते हैं, और ये papers drama/publication race की वजह से पर्याप्त रूप से polished या rigorous नहीं रहे होंगे
हो सकता है YW Kwon ने अपना नाम शामिल कराने के लिए बिना अनुमति paper public कर दिया हो, और इसी कारण Hyun-Tak ने कुछ घंटों बाद जल्दबाज़ी में अपना version upload किया हो
लगभग 10 साल पहले रोशनी से तेज़ न्यूट्रिनो मापने का दावा करने वाला पेपर याद आता है
उस समय लेखकों ने साफ़ कहा था, “शायद हम गलत हैं, लेकिन समझ नहीं आ रहा कि गलती कहाँ हुई। अगर हम सही हुए और relativity theory को पलट दिया तो?”
आखिरकार वह measurement error निकला [1]
यह मामला भी वैसा हो सकता है, लेकिन मुख्य लेखकों ने पेपर के दो versions जारी किए और उनमें से एक में सिर्फ़ 3 नाम डाले—शायद इसलिए कि Nobel Prize अधिकतम 3 लोगों को ही दिया जाता है—यह बात उस समय की तुलना में कम विनम्रता या कम vulnerability दिखाती है
फिर भी उम्मीद है कि वे सही हों
[1] https://www.nature.com/articles/nature.2012.10099
“इस बार सचमुच standard temperature और pressure वाला superconductor!” जैसे लंबे दावों की परंपरा से यह मिलता-जुलता है, लेकिन current physics model से टकराने वाली खोज से अलग है
पहले ही काफ़ी upvote और discuss किया गया “The first room-temperature ambient-pressure superconductor?” thread अभी मुश्किल से page 2 पर पहुँचा है: https://news.ycombinator.com/item?id=36864624
फिर भी यह topic असाधारण रूप से दिलचस्प और ongoing है, और Lowe की explanation आम तौर पर HN पर welcome की जाती है और अच्छी response पाती है, इसलिए इस बार कुछ हद तक duplicate होना justified लग सकता है
Meissner effect दिखाने वाला यह video शायद सबसे आसानी से reproduce किया जा सकेगा: https://sciencecast.org/casts/suc384jly50n
sample को किसी दूसरी lab में भेजकर बड़े magnet के ऊपर रखकर देखना ही होगा
मेरी जानकारी में ऐसी phenomenon की explanation या तो room-temperature superconductivity है या strong diamagnetism, और दूसरा भी काफ़ी शानदार होगा
https://scitoys.com/scitoys/scitoys/magnets/pyrolytic_graphi...
https://youtu.be/Wk3seHNmNs8
अगर यह material लगभग आसानी से synthesize किया जा सकता है, तो मैं सोच रहा हूँ कि original research group ने arXiv पर डालने से पहले अपने किसी sample को किसी बाहरी independent संस्था से verify क्यों नहीं करवाया
क्या अभी public करने की कोई internal situation या pressure था?
समझ नहीं आता कि patent filing के बाद 2 साल तक वे चुपचाप काम करते रहे लेकिन leak का जोखिम बढ़ जाने पर जल्दी में public कर दिया, या फिर उन्हें पहले ही external independent confirmation मिल चुका है लेकिन उन्हें भरोसा था कि जल्द ही हर कोई reproduce कर सकेगा इसलिए share करने की ज़रूरत नहीं समझी
वरना लगता है कि वे verification करने के इच्छुक किसी भी व्यक्ति को भेजने के लिए पहले से 100 samples तैयार करते
उनके चुने हुए independent outsider Hyun-Tak Kim लगते हैं
अब यह सबके test करने के लिए खुल गया है, इसलिए अगर यह सच है तो जल्द पता चल जाएगा
अगर उन्हें leak की चिंता थी, तो news पर control अपने हाथ में रखने के लिहाज़ से भी यह smart move है
एक अजीब बात जिस पर अभी ज़्यादा चर्चा नहीं हुई है, वह यह है कि reported LK-99 की heat capacity 250K से ऊपर घटती है। यह काफ़ी unusual है, और जानना चाहूँगा कि इस पर कोई explanation आई है या नहीं
“मैं इस field में काम करता हूँ, और हम इस पर ज़रा भी भरोसा नहीं करते। Figure 4(b) का dataset भी देखने लायक है। high temperature पर heat capacity का फिर से कम होना बहुत unusual है। low temperature पर ऐसा हो सकता है, लेकिन high temperature पर नहीं। निजी तौर पर मुझे लगता है कि authors ने insulator को measure किया, इसलिए current नहीं बहा और इसलिए voltage भी पैदा नहीं हुआ (4-terminal measurement)। तब यह superconductor जैसा दिख सकता है। लेकिन current, यानी applied voltage, बढ़ाने पर dielectric breakdown हो सकता है और current बहना शुरू हो सकता है। इससे अचानक वृद्धि explain होती है”
सबसे अजीब बात यह है कि यह material लगता है कि कुछ साल पहले ही develop हो गया था, तैरते हुए टुकड़े का video 3 महीने पहले upload हुआ था, और additional samples बनाना भी आसान लगता है, फिर भी paper ऐसे पढ़ा जाता है जैसे एक हफ्ते से भी कम समय में जल्दबाजी में बनाया गया हो
English native language न भी हो सकती है, लेकिन figures present करने का तरीका भी अच्छा नहीं है
ऐसा भी नहीं लगता कि उस दौरान high-quality experiments किए गए हों। अगर उन्होंने दुनिया बदल देने वाला कोई जादुई material खोज लिया था, तो मुझे लगता है कि वे जितनी जल्दी हो सके अच्छे experiments करने और अच्छा paper निकालने में इससे कहीं ज्यादा मेहनत करते
low-quality video और sloppy graphs Victor Ninov की fraud की याद दिलाते हैं
खुद को जितना संभव हो उतना credible दिखाने की incentive किसके पास ज्यादा होगी—एक fraudster के पास, या दुनिया हिला देने वाली technology का patent रखने वाले future Nobel Prize winner के पास?
पहले वाले के लिए fraud सफल होने के लिए readers का विश्वास करना जरूरी है, लेकिन दूसरे वाले के लिए इसकी जरूरत कम है क्योंकि सच जल्द ही अपने आप साफ हो जाएगा
मकसद fake data हो या real data—दोनों में से किसी को भी छिपाना हो सकता है
अगर यह झूठ निकला, तो background story जानने की उत्सुकता होगी। अगर यह जानबूझकर नहीं भी था, तो भी involved लोगों के careers को गंभीर नुकसान होगा; और अगर जानबूझकर था, तो मामला शायद “किसी और field में नौकरी ढूंढो” वाले level तक जाएगा
अगर जानबूझकर था, तो वे कैसे सोच सकते थे कि पकड़े नहीं जाएंगे? अगर जानबूझकर नहीं था, तो इतने extraordinary claims करते हुए, जो हो रहा है उसके बारे में पूरी तरह sure हुए बिना वे publish कैसे कर सकते थे?
अगर यह “publication race” थी, तो paper में इस बात पर जोर क्यों नहीं दिया गया, और उसमें clues व caveats भर क्यों नहीं दिए गए? ऊपर से, इस comment को देखें तो लगता है कि कम से कम यह काफी समय से पड़ा हुआ था
सभी options अविश्वसनीय लगते हैं, लेकिन आखिर उनमें से कोई एक सच होना ही है। सबके हित में, उम्मीद है कि जो लिखा है वही सच हो