Superprovodnik LK-99: Naučno otkriće veka ili prevara decenije?

(Foto: Misael Moreno/unsplash)

Njegovo ime je LK-99, superprovodnik koji može da prenosi električnu energiju bez toplotnih gubitaka i to na sobnoj temperaturi. Reč je o revolucionarnom materijalu koji može da učini računare, mašine, vozove i druge uređaje mnogo efikasnijim i moćnijim, kao i da otvori put tehnološkim čudima, poput vozila koja lebde iznad zemlje.

Otkriće su predstavili korejski naučnici 22. jula i od tada se u celom svetu odvija frenetičan rad istraživača kako bi se potvrdile ili opovrgle pretpostavke koje su uzdrmale naučnu zajednicu. Uprkos brojnim kontroverzama i sumnjama, već dva naučna tima, iz Kine i SAD, tvrde da su uspela da potvrde otkriće.

U čemu je tajna superprovodnika: Dramatično smanjenje potrošnje energije

Kada elektroni prolaze kroz neki materijal, oni se sudaraju sa atomima i gube deo energije u vidu toplote. Zbog toga se na primer žice u uređajima zagrevaju i potrebni su nam kuleri kako bismo hladili računare. Međutim, zahvaljujući superprovodnicima, elektroni prolaze bez ikakvog otpora. To bi značilo da isti taj računar radi bez ikakvih gubitaka energije.

Ukoliko bi superprovodnici postali stvarnost na sobnoj temperaturi i pri atmosferskom pritisku, revolucionisali bi različite aspekte tehnologije. Superprovodni materijali mogli bi dovesti do ultraefikasnih i moćnih računarskih sistema, smanjujući dramatično potrošnju energije i stvaranje toplote. To bi otvorilo nove mogućnosti za rešavanje složenih računarskih problema u oblasti veštačke inteligencije, naučnih simulacija, prognoza vremena i mnogo više.

Elektronski uređaji bi bili manji i moćniji, duže bi trajali pri jednom punjenju, transport bi bio brži i energetski efikasniji, MRI mašine bi imale kvalitetniju sliku što bi dovelo do boljih dijagnostičkih mogućnosti, električni motori i generatori postali bi efikasniji, smanjujući gubitke energije. Superprovodni materijali bi poboljšali efikasnost i performanse fuzionih reaktora, što bi potencijalno moglo dovesti do fuzijske energije kao održivog i čistog izvora energije za budućnost.

Ukratko, mogućnosti su neslućene u različitim oblastima, zbog čega naučnici godinama objavljuju, ali vrlo brzo i povlače radove o postizanju superprovodljivosti.

Poslednji među onima koji tvrde da su pronašli Sveti gral su Sukbae Lee i Ji-Hoon Kim iz Centra za kvantno energetsko istraživanje Južne Koreje koji su materijal nazvali po početnim slovima prezimena i godini kada je otkriće, po njima, nastalo – 1999. Njihov rad objavljen na arXiv serveru izazvao je mnogo sumnji.

Jedan od sumnjičavih je Majkl Norman, teoretičar u Nacionalnoj laboratoriji Argon u Ilinoisu u SAD.

- Deluju kao pravi amateri. Ne znaju mnogo o superprovodljivosti i način na koji su predstavili neke podatke deluje sumnjivo - kaže Norman za Science magazin.

Zašto je toliko teško postići superprovodljivost?

I zaista, ono što tvrde korejski naučnici deluje nemoguće. Uobičajeno, elektroni ne mogu lako prolaziti kroz kristalizovane čvrste materijale jer se odbijaju od vibrirajućih atoma u kristalnoj rešetki. Međutim, u nekim materijalima, pri dovoljno niskim temperaturama, elektroni formiraju labavo vezane, preklapajuće parove - koje ne mogu biti ometene bez prekida para. A pri niskim temperaturama, vibracije nisu dovoljno jake da to urade. Tako ovi elektroni klize kroz materijal bez ometanja.

Desetine elemenata metala - olovo, živa, niobijum, kalaj - i legura od njih postaju superprovodnici kada se ohlade do skoro apsolutne nule. To znači da je za njihovu upotrebu potrebna specijalna oprema kako bi se hladili, što je veoma skupo i komplikovano. Naučnici su zbog toga već godinama u potrazi za superprovodnikom koji može da radi na sobnoj temperaturi.

LK 99 može upravo to, tvrde korejski naučnici. U preprintima, koji nisu prošli proces recenzije, istraživači tvrde da kad se materijal napuni bakrom, materijal koji je napravljen od uobičajenih elemenata - olova, kiseonika i fosfora - postaje superprovodnik na sobnoj temperaturi i temperaturama koje su barem visoke kao 400 K - više od tačke ključanja vode. U osnovi, oni tvrde da možete napraviti uzorak ovog materijala, izvaditi ga iz rerne i samo ga držati na stolu u laboratoriji i on će provoditi struju bez ikakvog otpora. Osim toga, materijal izgleda kao da odbija magnetsko polje, što je ključni potpis superprovodljivosti.

Nekoliko razloga za sumnju

Prema Normanu, postoji nekoliko razloga za skepsu. Prvo, nerazblaženi materijal, apatit olovo, nije metal, već neprovodni mineral. I to nije obećavajuće polazište za stvaranje superprovodnika. Štaviše, atomi olova i bakra imaju slične elektronske strukture, pa zamenjivanje atoma bakra za neke od atoma olova ne bi trebalo značajno uticati na električna svojstva materijala.

- Imate kamen, i na kraju bi opet trebalo da dobijete kamen – kaže Norman.

Osim toga, atomi olova su veoma teški, što bi trebalo da smanji vibracije i oteža uparivanje elektrona, objašnjava Norman.

Šta kažu autori?

Korejski istraživači pretpostavljaju da u njihovom materijalu doping malo izobličava dugačke, prirodno prisutne lance atoma olova. Kažu da bi superprovodljivost mogla da se javlja duž ovih 1D kanala. Ali to bi bilo iznenađujuće, kaže Norman, jer 1D sistemi obično ne proizvode superprovodljivost. Štaviše, nered uveden dopingom trebalo bi dodatno da potisne superprovodljivost.

- Imate jednu dimenziju, što je loše, i imate nered, što je takođe loše - kaže Norman.

Nadija Mejson, fizičarka za kondenzovanu materiju na Univerzitetu u Ilinoisu, ipak, primećuje da Lee i Kim takođe sugerišu da bi vrsta talasanja naelektrisanja mogla postojati u lancima i da su slični obrasci naelektrisanja viđeni kod superprovodnika visokih temperatura.

- Možda ovaj materijal stvarno pogađa tačku za snažno interaktivni nekonvencionalni superprovodnik - kaže ona.

Nema filmskog kraja - Godine mogu proći od komercijalne upotrebe

Potvrda ili konačno osporavanje tvrdnje o stvaranju superprovodnika na sobnoj temperaturi mogli bi stići tek za nekoliko meseci, pa i godina. Ispostavi li se otkriće kao tačno, opet će proći mnogo godina pre nego što bude moguća proizvodnja u komercijalnom obimu. Međutim, ta realnost nije sprečila investitore da krenu da kupuju deonice južnokorejskih i kineskih kompanija u nadi da će uskoro ostvariti nova bogatstva.

Naučnici upozoravaju da se ova priča možda neće završiti filmski, onako kako se svi nadamo. Međutim, kako dodaju, možda će ova saznanja, uz obnovljeni entuzijazam za nauku, dovesti do drugih napredaka koji će omogućiti brze i energetski efikasne vozove, održive i jeftine kvantne superkompjutere, kao i visoko skalabilne baterije za skladištenje obnovljive energije.

M. Dedić