कमरे के तापमान वाला सुपरकंडक्टर? नई प्रगति
(science.org)- LK-99 ने एक ऐसे preprint दावे के कारण ध्यान खींचा कि यह कमरे के तापमान और सामान्य दाब पर superconductivity दिखाता है, और अगर यह पुनरुत्पादित हो जाए तो electromagnetism का उपयोग करने वाले लगभग हर क्षेत्र पर असर डाल सकता है
- synthesis प्रक्रिया अपेक्षाकृत सरल है, इसलिए कई लैब्स इसे जल्दी verify कर सकती हैं, लेकिन मूल sample polycrystalline और inhomogeneous है, इसलिए reproduction results में उतार-चढ़ाव की गुंजाइश है
- चीन के Huazhong University of Science and Technology का magnetic levitation video दिलचस्पी बढ़ाता है, लेकिन सिर्फ वीडियो के आधार पर Meissner effect से कमरे के तापमान पर superconductivity के reproduction की पुष्टि करना कठिन है
- Shenyang National Laboratory और Lawrence Berkeley की नई DFT calculations दिखाती हैं कि LK-99 की रिपोर्ट की गई structure superconductivity की संभावना के अनुकूल हो सकती है, और इसके लिए पूरी तरह नई physics की ज़रूरत नहीं भी पड़ सकती
- copper substitution position, electronic structure की fragility, और crystal directionality की संभावना अभी भी बाकी है, इसलिए साफ bulk samples और social media videos से आगे बढ़कर verification data की ज़रूरत है
LK-99 दावा और पुनरुत्पादन की कठिनाई
- LK-99 एक ऐसे preprint दावे के रूप में सामने आया जिसमें कहा गया कि यह कमरे के तापमान से काफी ऊपर और सामान्य दाब पर superconductivity दिखाता है
- ऐसा material materials science और condensed matter physics में लंबे समय से खोजा जाने वाला लक्ष्य रहा है, और अब तक इसे अधिकतर science fiction जैसी चीज़ माना जाता रहा है
- अगर यह वास्तव में मौजूद है, तो स्वीकार्य current density के आधार पर electromagnetism-आधारित applications में बड़ा सुधार ला सकता है
- असाधारण दावों के लिए असाधारण प्रमाण चाहिए होते हैं, और ऐसे मामले अक्सर reproducibility problems पर आकर टूट जाते हैं
- इस बार synthesis बहुत जटिल नहीं है और न ही इसमें विशेष materials या equipment की ज़रूरत है, इसलिए कई लैब्स तुरंत reproduction की कोशिश कर सकती हैं
- लेकिन मूल लेखकों ने भी कहा है कि sample polycrystalline और inhomogeneous है, और यह मानने की कोई गारंटी नहीं कि रिपोर्ट की गई manufacturing method ही optimized तरीका है
- reproduction variables में starting materials की purity, oxygen की मौजूदगी, particle size, heating-cooling speed, और container के आकार व shape जैसी चीज़ें शामिल हैं
preprint लेखकों का विवाद और पेपर की स्थिति
- संबंधित preprints लगभग एक ही समय पर तीन लेखकों वाले पेपर और छह लेखकों वाले पेपर के रूप में सामने आए
- तीन-लेखक preprint संभवतः वापस लिया जा सकता है, क्योंकि बताया गया कि लेखकों में से एक ने अन्य कुछ सह-लेखकों से सलाह किए बिना इसे submit किया था
- छह-लेखक पेपर peer-reviewed journal submission की तैयारी में है, और preprint स्वयं पहले ही संशोधित किया जा चुका है
- वास्तविक आंतरिक स्थिति समय बीतने पर ही अधिक स्पष्ट हो सकती है
- कमरे के तापमान वाले superconductors की खोज की संभावना के कारण उम्मीद और भ्रम दोनों साथ-साथ बढ़े हुए हैं
1 अगस्त तक के reproduction दावे और magnetic levitation video
- 1 अगस्त की सुबह तक चीन के Huazhong University of Science and Technology से reproduction का एक अब तक अप्रमाणित रिपोर्ट सामने आया
- सार्वजनिक वीडियो में एक वस्तु, जो LK-99 sample हो सकती है, magnet के ऊपर तैरती दिखती है और magnet के सापेक्ष अलग-अलग दिशाएँ लेती दिखाई देती है
- यह direction change एक अहम संकेत है
- साधारण paramagnetic materials भी पर्याप्त मजबूत magnetic field में levitate कर सकते हैं
- पानी की बूंदें या मेंढक जैसे diamagnetic materials भी levitate हो सकते हैं
- ऐसे मामलों में वस्तु compass needle की तरह किसी खास दिशा में लौट सकती है
- superconductors perfect diamagnets होते हैं, यानी वे magnetic field को बाहर निकालते हैं
- Meissner effect वह घटना है जिसमें कोई material उचित तापमान पर superconducting state में पहुँचने पर अपने भीतर से गुजर रहे magnetic field को बाहर धकेल देता है
- उस वीडियो की व्याख्या उसके निर्माता/प्रकाशक के विवरण पर निर्भर करती है, और कमरे के तापमान की superconductivity के अलावा अन्य संभावित स्पष्टीकरण अभी भी मौजूद हैं
- केवल एक वीडियो के आधार पर इसे वास्तविक reproduction मानना अभी जल्दबाज़ी होगी
DFT calculations ने क्या संभावना दिखाई
- दो नए preprints ने रिपोर्ट की गई LK-99 X-ray structure data को आधार बनाकर density functional theory (DFT) calculations से उसके behavior का अनुमान लगाया
- दोनों calculations लगभग एक जैसे निष्कर्ष पर पहुँचीं और संकेत दिया कि LK-99 जैसी material काम कर सकती है
- यह एक महत्वपूर्ण प्रगति है, क्योंकि इससे लगता है कि LK-99 को समझाने के लिए पूरी तरह नई physics मानने की ज़रूरत नहीं पड़ेगी
- Griffin की calculation में Fermi level को काटते हुए isolated flat bands का एक समूह मिला, जिसका अधिकतम bandwidth लगभग 130 meV है, और बाकी valence bands से उसका separation 160 meV है
- संकीर्ण bandwidth strongly correlated bands की ओर इशारा करता है, और Cu-d band खास तौर पर flat है, जबकि आसपास के oxygen ions की वजह से band broadening कम है
- अगर यह पुरानी परिकल्पना सही है कि band flatness superconductivity को प्रेरित करती है, तो यह परिणाम प्रसिद्ध high-temperature superconductor systems की तुलना में अधिक robust और अधिक उच्च तापमान वाली superconducting phase का संकेत देता है
electronic structure, substitution position, और crystal directionality
- solids में Fermi level वह सैद्धांतिक energy है जहाँ electron के किसी विशेष energy level को occupy करने की संभावना 50% होती है, और यह चलायमान conduction electrons की स्वाभाविक स्थिति के करीब होती है
- solids के electrons को कई energy bands में occupied माना जाता है, और bands के बीच band gap होता है
- insulators में Fermi level एक चौड़े band gap के भीतर होता है, इसलिए current बनाना कठिन होता है, जबकि metals में एक या अधिक bands Fermi level को काटते हैं
- Griffin पेपर का मानना है, मूल preprint की तरह, कि गणना तब लागू होती है जब lead apatite structure के Pb(1) स्थान पर copper substitute होता है
- लेकिन ऐसा लगता है कि copper का Pb(2) स्थान पर जाना energy की दृष्टि से अधिक favorable है, जिससे Pb(1) copper substitution को स्थिर रूप से पाना कठिन हो सकता है
- substitution position की यह समस्या LK-99 reproduction में variability या साफ bulk samples हासिल करने की कठिनाई से जुड़ सकती है
- Shenyang टीम भी मानती है कि मूल lead apatite बहुत अच्छा insulator है, लेकिन copper atoms डालने से होने वाला structural change कोरियाई preprint के experimental data से मेल खाता है और metallic state की ओर बड़ा transition बनाता है
- Shenyang calculation में Fermi level के आसपास एक half-filled flat band और एक fully filled flat band मिला, और टीम ने माना कि रिपोर्ट की गई superconductivity की जाँच के लिए ये महत्वपूर्ण हैं
- इस टीम ने यह भी अनुमान लगाया कि Pb(1) स्थान पर gold atoms substitute करने से समान गुणों वाला material मिल सकता है
- Shenyang preprint के अनुसार, Pb2 atoms से बने cylindrical columns के आसपास की PO4 units insulating behavior दिखाती हैं, और 1/4 occupied O2 atoms के माध्यम से c-axis के साथ लगभग one-dimensional conduction channel बनता है
- दो flat bands में चार VHS देखे गए, जो संकेत देते हैं कि low-temperature structural distortions के प्रति electronic properties fragile हो सकती हैं
- अगर single-crystal LK-99 बनाया जा सके, तो superconductivity केवल एक crystal axis के along दिखाई देने की संभावना है
- यदि किसी खास आमने-सामने वाली दो सतहों पर wire जोड़ी जाए, तो superconductivity दिख सकती है, लेकिन दूसरी सतहों पर नहीं
- मौजूदा superconducting materials में भी grain boundaries efficiency पर बड़ा असर डालती हैं, और LK-99 का polycrystalline sample मजबूत प्रभाव दिखाने के लिए प्रतिकूल हो सकता है
मौजूदा आकलन
- Shenyang और Lawrence Berkeley की calculations सकारात्मक प्रगति हैं, और वे LK-99 को "इसे समझाया नहीं जा सकता" वाली स्थिति से कुछ हद तक बाहर लाती हैं
- अगर नई physics की ज़रूरत पड़ती, तो प्रमाण का मानदंड कहीं अधिक ऊँचा हो जाता, लेकिन ये calculations दिखाती हैं कि मौजूदा सैद्धांतिक ढाँचे के भीतर भी संभावना मौजूद है
- और अधिक reproduction data की ज़रूरत है, और social media videos से आगे बढ़कर ठोस प्रमाण सामने आने चाहिए
- अब तक दुनिया ने कमरे के तापमान और सामान्य दाब पर superconductivity के जितने दावेदार देखे हैं, उनमें यह सबसे भरोसेमंद प्रयास लगता है, और आने वाले कुछ दिन और कुछ हफ्ते बेहद महत्वपूर्ण होंगे
1 टिप्पणियां
Hacker News की टिप्पणियां
अभी हम जिस inflection point पर हैं, उसका असर कल्पना से परे हो सकता है। कल रात भी समझाना मुश्किल था, लेकिन शायद हम वैसी ही technology transition era की शुरुआत देख रहे हैं जैसी p-n junction के आविष्कार के समय हुई थी
1940s के नजरिए से आज की technology की कल्पना करना मुश्किल रहा होगा। Energy का lossless transmission, ऐसी batteries जिन्हें charging time की जरूरत न हो, और बहुत तेज CPU जो आपकी गोद न जलाएं—ये सब संभव हो सकते हैं। क्या अब हमें flying cars मिल सकती हैं?
Metals, खासकर copper, पहले से ही अविश्वसनीय रूप से अच्छे conductors हैं
अब लगभग 50 साल का हूं, इसलिए उस पर चढ़ूं तो शायद गिरकर मर जाऊंगा, फिर भी एक बार कोशिश तो करूंगा
“Pb(1) site पर gold atom substitute करने से बहुत मिलते-जुलते गुणों वाला material बन सकता है” वाली prediction देखकर, basic material lead apatite है—इस वजह से एक अजीब ख्याल आया
Medieval alchemists lead को gold में बदलने की कोशिश कर रहे थे, दिशा उलटी थी; शायद breakthrough तो lead में gold dope करने में हो :-)
China से नया replication video आया है
https://twitter.com/lereguy/status/1686363900651151360
दिलचस्प है, लेकिन शांत रहने की कोशिश कर रहा हूं। इसमें जुड़े सभी लोगों को शुभकामनाएं
पता नहीं था कि science इतनी रोमांचक spectator sport बन सकती है
घातक competition, publicity demos, और हर नए development पर individuals, institutions और countries की प्रतिष्ठा दांव पर लगी हुई—ऐसा माहौल है
इसलिए MRI भी नहीं, fusion भी नहीं, और शायद generators या motors जैसी electric machinery भी मुश्किल लगती है
DFT results निश्चित रूप से दिलचस्प हैं, लेकिन पहले यह disclaimer कि ऐसे materials की experimental condensed matter physics मेरा background है, theory नहीं। मेरी समझ में conclusion का core, यानी flat bands, authors जिस तरह की superconductivity की बात कर रहे हैं उसके लिए necessary condition हो सकते हैं, sufficient condition नहीं
Experimental condensed matter physics में अच्छा experiment करने के बाद reviewers को शांत करने के लिए अधपका “theoretical justification” जोड़ना कभी-कभी स्वीकार्य होता है। इसलिए अगर actual superconductivity paper में सुझाए गए mechanism से बिल्कुल अलग तरीके से सामने आए तो मुझे आश्चर्य नहीं होगा। मैं ज्यादा मजबूत characterization देखना चाहता हूं, और उम्मीद है replication studies कर रही labs core parts को करीब से देखेंगी
हालांकि वह ज्ञान लगभग 20 साल पुराना है, और first author का PRB paper तो है, लेकिन किसी active researcher से ज्यादा मुझ पर भरोसा नहीं करना चाहिए। फिर भी मैं पूरी तरह अज्ञानी नहीं हूं
इससे समझ आ सकता है कि synthesis मुश्किल क्यों है। ऐसी simulations perfect नहीं होतीं, लेकिन जब experiment दिशा दिखाता है और strong correlation होता है, तो यह अच्छा संकेत हो सकता है कि phenomenon की mechanical explanation मिल गई है
मुझे खुशी है कि DFT calculation preprint को काफी promising मानने वाला मैं अकेला नहीं हूं
हालांकि यह भी दिखाता है कि मनचाहा substitution हासिल करना बहुत मुश्किल है। खासकर कुछ लोगों ने जो “compound को तोड़कर अलग कर दें” वाला तरीका सुझाया था, उसके काम करने की संभावना कम है। क्योंकि heterogeneity उसी crystal के अंदर मौजूद है, और Cu का Pb {1} site में जाना अच्छा है, लेकिन Pb {2} site में जाना खराब है
इसलिए authors ने जो बहुत ही घुमावदार synthesis method पसंद किया—यानी copper phosphide को lanarkite के साथ react कराकर copper sulfide byproduct बहुत मात्रा में बनाना—वह दिलचस्प properties पैदा करने के लिए जरूरी रहा हो सकता है। अब जब हमें अंदाजा है कि क्या तलाशना है, तो इस बात को ध्यान में रखते हुए दूसरे synthesis methods निकाले जा सकते हैं कि किस तरह का copper substitution हासिल करना है और यह कैसे पहचानना है कि वह हासिल हुआ या नहीं
बेशक, इस सबके बड़े स्तर की गलती होने की संभावना अब भी बची है, लेकिन अब ऐसा होने के लिए कई परस्पर जुड़ी गलतियों का एक साथ होना जरूरी होगा। इस hypothesis के हिसाब से high-quality bulk samples में जरूरी selective substitution हासिल करने में लंबा समय लग सकता है, इसलिए मैं short term में नई technologies की बाढ़ आने की उम्मीद नहीं करता
flat bands के कई मतलब हो सकते हैं, और Griffin ने जिस crystal structure को assume किया वह भी शायद इसलिए चुना गया क्योंकि वह ज्यादा plausible लग रहा था। CMTC भी मानता है कि Griffin paper game को ज्यादा नहीं बदलता और reproducibility अब भी कम लगती है: https://twitter.com/condensed_the/status/1686373904044949504...
मैं बहुत strongly convinced नहीं हूं, लेकिन यह निश्चित रूप से कुछ भी नहीं वाला मामला नहीं है
क्या यह बस बकवास है? https://twitter.com/iris_IGB/status/1685322871306928128
पिछले हफ्ते Sigma Aldrich supply chain site पर lead(II) oxide और copper phosphide powder के daily orders कैसे थे, यह देखना चाहूंगा
हैरानी है कि mainstream media अभी इसे ignore करता दिख रहा है। Google News पर LK-99 search किया, लेकिन major outlets के articles नहीं मिले, और NYTimes search result 1974 का article था
खासकर आखिरी हिस्से की वजह से मुझे लगता है कि रुकना बेहतर था। यह भी unclear था कि बात “कुछ scientists ने शायद बहुत बड़ी गलती की है या शायद नहीं” से आगे जाएगी या नहीं। अब हम उस point पर आ गए हैं जहां कई teams कह रही हैं कि यह possible है या already हुआ है, तो mainstream media articles भी आने शुरू हो सकते हैं। यह ignore करना नहीं, बल्कि सावधानी है, और science reporters इसे बाज जैसी नजर से देख रहे होंगे
reputed media अच्छा इसलिए है क्योंकि वह internet के noise को filter करने वाला भरोसेमंद filter है। शुरुआती अफवाहें मैं ऐसी sites पर देखता हूं, और filtered, organized, focused content वहां देखता हूं
original papers दो papers हैं जो इस uncertainty के बीच आए कि इस field में arXiv publication व्यापक रूप से accepted है या नहीं, और science journalism आम तौर पर किसी प्रतिष्ठित journal में peer-reviewed paper आने का इंतजार करता है। कुछ specialist outlets पहले ही cover कर चुके हैं, और Derek Lowe का In The Pipeline भी मैं उसी category में रखूंगा
[1] उदाहरण: https://nitter.net/i/status/1686373516286005248 — यह समझाता है कि हालिया theoretical confirmation papers भी क्यों कम convincing हैं
सफल हो या नहीं, इसमें news value है। mystery, human background, Argonne·China·independent scientists की replication attempts—इनसे ही तुरंत article बनाने लायक दिलचस्प angles की भरमार है
और भी अजीब बात यह है कि NYT ने Dias superconductor paper retraction पर article किया था। वह paper practical applications में बड़ा leap बनने वाले superconductor के बारे में नहीं था, इसलिए मेरी radar पर भी नहीं था
आखिर ये कर क्या रहे हैं?
यह कहना fair नहीं है कि mainstream media ignore कर रहा है। संभावित discovery सचमुच अभी-अभी हुई है, और कम awareness व evidence पर सावधानी, दोनों के चलते अभी इसे cover नहीं किया गया है
पुनरुत्पादन में विफल प्रयास: Pb2SO5 और Cu3P से sinter किए गए Pb10-xCux(PO4)6O का semiconducting transport
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2307/2307.16802.pdf
लोग इस तथ्य का इस्तेमाल cancer research जैसे क्षेत्रों पर हमला करने के लिए करते हैं, लेकिन दुर्भाग्य से यह विज्ञान की बुनियादी समस्या है। Scientific papers distilled truth के crystals नहीं, बल्कि ongoing work के commits के ज़्यादा करीब होते हैं। अगर हर detail जान लेने तक publication का इंतज़ार किया जाए, तो scientific discovery घोंघे की रफ़्तार से धीमी हो जाएगी और अनगिनत discoveries छूट जाएँगी
उन्होंने एक अलग material की testing की थी
ओह, citation needed सचमुच हो रहा है