Artículo retractado: Posible superconductividad a 294 K y 1 GPa en un hidruro de lutecio dopado con nitrógeno

Por Francisco R. Villatoro, el 14 marzo, 2023. Categoría(s): Ciencia • Física • Nature • Noticias • Physics • Science ✎ 10

Los artículos de Ranga P. Dias (Univ. Rochester, Nueva York, EEUU) y su grupo sobre hidruros superconductores a temperatura ambiente siempre son polémicos. Su superhidruro de azufre y carbono superconductor con Tc ~ 288 K a 267 GPa se publicó en Nature en octubre de 2020; pero el artículo fue retirado (retracted) dos años después (LCMF, 16 oct 2022). Se publica ahora en Nature que un hidruro de lutecio dopado con nitrógeno es superconductor a 294 K (21 °C) y 1 GPa (10 kbar o diez mil atmósferas); si el resultado fuera creíble, sería un hito histórico en el siglo XXI. Pero como con la fábula de Esopo del pastor y el lobo, nadie se cree el nuevo resultado. El método de substracción del fondo usado es el mismo del artículo anterior, aunque fue uno de los motivos de la retirada; las figuras son de libro, tan limpias y tan perfectas que parecen irreales. Las curvas de susceptibilidad magnética y calor específico tienen los mismos problemas que las del artículo anterior; resulta imposible no sospechar. ¿Cómo es posible que los revisores de Nature hayan permitido que se cuele un artículo así tras la polémica del anterior? El artículo anterior fue citado más de 600 veces (a pesar de la retirada), quizás los editores de Nature siguen la máxima de Oscar Wilde: que hablen de ti, aunque sea mal.

La cruzada hacia el santo grial de un superconductor a condiciones de temperatura y presión ambientales se inició con uno a altas presiones (170 GPa) en 2015 y pasa por uno a presión casi ambiental, como el nuevo material. Sin embargo, todo lo que toca el rey Midas de la superconductividad en hidruros está rodeado de polémica. No podemos olvidar los indicios de plagio en su tesis doctoral, ni los artículos que le han retirado en revistas de alto impacto por dudas sobre su posible manipulación de los datos. Dias dice que quien le acusa es un troll y que la retirada de sus artículos está injustificada (por ello siguen siendo citados). De hecho, todos deseamos que así sea y que este nuevo artículo sobreviva a la polémica. Las muestras estudiadas tienen un diámetro entre 70 y 100 μm y un grosor entre 10 y 20 μm. Por desgracia, no se conoce la composición química (estequiometría) del nuevo material fabricado a muy alta presión (sorprende que el artículo no especifique los detalles del método de síntesis): la difracción de rayos X apunta a LuH3−δNε (92.25 %), con LuN1−δHε (7.29 %) y Lu2O3 (0.46 %); futuros estudios tendrán que aclararla. El problema es que con esta composición es imposible explicar la superconductividad observada (la distancia entre los hidrógenos es demasiado grande); la curva de intensidad-voltaje (I-V) es perfectamente lineal (apuntando a superconductividad no convencional). La curva de la susceptibilidad magnética (efecto Meissner) muestra un comportamiento extraño (o inesperado); no se entiende cómo los revisores no han exigido una discusión detallada.

Me gustaría ignorar toda la polémica, cruzar los dedos y soñar con que el nuevo artículo supere todas las críticas; Dias recibirá el Nobel y el siglo XXI cambiará para siempre y para mejor. El artículo es Nathan Dasenbrock-Gammon, Elliot Snider, …, Ranga P. Dias, «Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride,» Nature 615: 244-250 (08 Mar 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05742-0; más información divulgativa en ChangQing Jin, David Ceperley, «Hopes raised for room-temperature superconductivity, but doubts remain,» Nature 615: 221-222 (08 Mar 2023), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-00599-9; Dan Garisto, «Allegations of Scientific Misconduct Mount as Physicist Makes His Biggest Claim Yet,» APS Physics 16: 40 (09 Mar 2023) [web]; y Sophia Chen, «Muted Response to New Claim of a Room-Temperature Superconductor,» APS Physics 16: 39 (09 Mar 2023) [web].

[PS 15 Mar 2023] Al final he añadido dos figuras que aparecen en los comentarios de Douglas Natelson, «APS March Meeting 2023, Day 2,» Nanoscale Views, 07 Mar 2023; yo he reproducido las figuras con los datos del artículo y puedo confirmar que son correctas. [/PS]

[PS 18 Mar 2023] Un buen resumen de la situación actual en Douglas Natelson, «Recent RT superconductivity claim – summary page,» Nanoscale Views, 16 Mar 2023. Las críticas en PubPeerPubPeer son múltiples y variadas. También recomiendo mi pieza «Nuevos resultados en contra de la superconductividad casi ambiental en el hidruro de lutecio dopado con nitrógeno», LCMF, 18 mar 2023. [/PS]

[PS 07 Nov 2023] Como era de esperar se ha retirado (retracted) este artículo: «Retraction Note: Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride,» Nature (07 Nov 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06774-2. Se ha retirado a petición de ocho de los once coautores; todos salvo Ranga P. Dias y sus colaboradores cercanos Nugzari Khalvashi-Sutter y Sasanka Munasinghe. Estos ocho coautores tienen serias dudas sobre la credibilidad de los datos experimentales y los protocolos de análisis de datos que han aplicado los otros tres autores. Por ello creen que no se puede confiar en los datos de resistencia eléctrica (que apoyan la posible superconductividad) en el artículo. [/PS]

Esta figura (arriba) muestra el domo superconductor: la temperatura crítica (Tc) en función de la presión (en kbar, kilobars). La superconductividad se observa en la llamada fase II, en la que la muestra tiene color rosado (Pink en la figura, abajo) entre 3 y 30 kbar; a presiones menores la muestra es metálica con un brillante color azul (Blue) en la fase I y a presiones mayores tiene color rojo (Red) en la fase III que no es superconductora. Los cambios de color se asocian a cambios de fase (algo que recuerda al artículo retirado en Nature).

Como suele ser habitual en los artículos sobre hidruros superconductores no se conoce la estructura cristalina. Así resulta difícil confirmar usando simulaciones por ordenador que el material es superconductor. En esta figura se muestra la supuesta estructura cúbica compacta (Fm\bar{3}m) del LuH3−δNε con una constante de red de a = 5.0289(4) Å; la del LuN1−δHε es similar con a = 4.7529(9) Å. En ambos casos, la distancia entre los iones de hidrógeno es demasiado grande para que la teoría explique la superconductividad observada. Recuerda que en 1968, Neil Ashcroft predijo que el hidrógeno metálico podría ser superconductor a temperatura ambiente (pero esta fase del hidrógeno requiere presiones enormes, mayores de 500 GPa). Más tarde el propio Ashcroft sugirió que los hidruros (compuestos ricos en hidrógeno) también podrían serlo a presiones más bajas (aunque siempre altas presiones). Sin conocer la estequiometría del nuevo hidruro es imposible confrontar las observaciones con las predicciones teóricas. Como muestra la parte izquierda de la figura, la curva de intensidad-voltaje (I-V) es perfectamente lineal (tanto que en el artículo ni se presenta el coeficiente de determinación de la regresión lineal de los datos).

La susceptibilidad magnética es clave para demostrar que un candidato a superconductor presenta el efecto Meissner. Se espera que los hidruros de tierras raras sean superconductores de tipo I, que presenten diamagnetismo perfecto por debajo de un campo magnético crítico. Las curvas obtenidas son similares a las esperadas. En esta figura se presenta la dependencia con la temperatura de la susceptibilidad AC, denotada χ’(T); ha sido medida con una técnica similar a la usada en el artículo de Dias retirado en Nature, usando la misma técnica de sustracción del fondo (con un polinomio cúbico); las dudas sobre esta técnica fueron una de las razones para la retirada. Estas curvas se parecen mucho a las que fueron criticadas por Jorge Hirsch (Universidad de California en San Diego), el líder de los trolls según Dias, en el artículo retirado; no entiendo por qué los revisores no han exigido a los autores una discusión detallada. Hirsch publicó varios artículos discutiendo la rápida transición en χ’(T) que se observaba en los datos del artículo retirado (su origen parecía ser la técnica de sustracción del fondo). En el nuevo artículo la transición no es tan rápida (ΔT ≈ 0.6 K a Tc = 294 K), aunque se usa la  misma técnica de sustracción del fondo; aún así, creo que los argumentos de Hirsch también se aplican en este caso y la transición es más rápida de lo esperado. Habrá que estar al tanto de los artículos que publique al respecto en las próximas semanas.

La medida del calor específico en función de la temperatura permite explorar la energía de formación de pares de Cooper; en la figura se observa un pico característico de este fenómeno (que en el artículo se compara con el pico observado para el MgB₂) cuando se aplica una corriente alterna a cierta frecuencia, que calienta la muestra. Yo no soy experto y el resultado me parece convincente. Sin embargo, en su momento hubo problemas para repetir los resultados similares que se mostraban en el artículo retirado. Habrá que esperar a los competidores de Dias, tanto Eremets como Goncharov, que seguro intentarán replicar los nuevos resultados; en el caso del artículo retirado, se quejaron de que Dias no les ayudó nada (hay que recordar que el nuevo artículo no ofrece detalles sobre la técnica de síntesis, lo que dificulta mucho la replicabilidad). La síntesis de estos materiales suele ser complicada y los competidores no suelen tener éxito si no reciben información sobre los detalles; los revisores para revistas como Nature deberían exigir a los autores que detallaran la síntesis del nuevo material con todo lujo de detalles. Por desgracia, no es este el caso.

En resumen, un artículo en Nature que bien vale un Premio Nobel de Física si sus resultados son replicados de forma independiente. Por desgracia, ahora mismo hay muchas dudas al respecto. Pero si se confirmara, será el primero de una nueva familia de materiales superconductores basados en hidruros de lutecio que prometen bajar la presión casi ambiental (diez mil atmósferas) a presión ambiental (pocas atmósferas). En su caso, este material podría tener gran número de aplicaciones (donde se requieran campos magnéticos intensos); por ejemplo, en los equipos de imagen por resonancia magnética para los hospitales. Su impacto en la tecnología del siglo XXI promete ser revolucionario. Si se confirman los resultados de forma independiente, claro.

[PS 15 mar 2023] Quizás conviene contar más detalles sobre lo que sabemos sobre el método de sustracción del fondo. El pie de la figura Extended Data Fig. 15 indica que se ha usado una substracción del fondo basada en ajustar el polinomio R(T) = Ro + a T² + b T⁵ (aunque no se especifican los valores de R0, a y b), para T < 220 K. En el artículo se incluye el archivo CSV con los datos originales (archivo), con lo que se puede dibujar el resultado en R o en Matlab fácilmente.

Esta figura muestra los datos originales del archivo (izquierda) y la figura que aparece en el artículo (derecha). Los datos muestran una resistencia entre 2 y 9 mΩ (miliohmios), que ajustados por el polinomio quíntico se supone que dan lugar a las curvas que aparecen a la derecha. Al restar el polinomio (para eliminar la «resistencia residual» en las observaciones) se observan valores prácticamente nulos entre 125 y 225 K, y una transición brusca entre 225 y  275 K. Esto es muy sospechoso y debería haber sido discutido en detalle en el artículo (los revisores deberían haberlo exigido). ¿Cómo influye el grado del polinomio usado? ¿Qué justifica la elección del polinomio? En el artículo se sugiere de pasada que proviene de la teoría de Ginzburg–Landau para la superconductividad a cero temperatura, pero no tengo nada claro de dónde sale el polinomio. Todo esto es muy sospechoso. La revisión por pares de este artículo ha sido muy laxa.

Algo muy parecido ocurre con los datos (fichero XLS) a partir de los cuales se ha dibujado la figura que abre esta pieza (Fig. 2 del artículo). Los datos originales para la curva en azul (10 kbar) muestran valores ruidosos (hay 65534 datos en el rango de temperatura entre 99.638 y 288.5, con una resistencia media de 7.57 × 10−7, desviación típica de 3.51 × 10−7, máximo de 3.61 × 10−6, y mínimo de −6.65 × 10−7). ¿Cómo se obtiene la figura azul del artículo? En ningún sitio se indica cómo, pero es obvio que faltan datos. Para la curva roja (16 kbar) los datos son los publicados (65534 datos con temperaturas entre 107.2 y 289.07, con resistencia mínima de −4.79 × 10−7, y máxima de 0.0585 = 58.5 mΩ); lo mismo ocurre con los datos de la curva negra (20 kbar), entre 235.33 y 297.68 K con resistencia máxima de 0.0607 = 60.7 mΩ y mínimia de 1.79 × 10−6. ¿Por qué faltan datos para la curva azul? ¿Por qué los revisores no se han dado cuenta? [/PS]



10 Comentarios

  1. «sorprende que el artículo no especifique los detalles del método de síntesis», bueno, algo tan revolucionario debería de tener solicitadas patentes (yo lo haría). Hasta que se otorguen no se puede dar ese detalle o perderán el derecho. Naturalmente, lo que acabo de exponer no significa que no sea de nuevo «bull shit»…

  2. Enhorabuena por tus artículos, claros y concisos!,
    Existe en España algún laboratorio/equipo que pueda replicar el ensayo?
    Hay ya una teoría que reagrupe todas las manifestaciones de la superconductividad, alta y baja temperatura?

    Parece que lo de la superconductividad reta de forma muy seria nuestra imaginación para concebir un marco general donde explicar el fenómeno !

    Gracias de antemano

    1. Fernando, (a) no me consta que haya ningún laboratorio español en superconductores de alta presión (hay grupos teóricos, como el Errea Lab de la EHU/UPV); (b) no la hay, aún no se conoce una teoría que explique la superconductividad no convencional (diferente de la BCS) en sus diferentes manifestaciones; y (c) el problema de la explicación de la superconductividad de alta temperatura es el gran problema de la física de la materia condensada desde mediados de los 1980 (ha habido muy pocos progresos desde entonces).

  3. Con este tipo de materiales aun que sea cierto que sean superconductores a temperatura ambiente y presion ambiente no se pueden hacer cables pero crees tu que se lograra en este siglo un superconductor a temp y presion ambiente deun material que permita cables? y bajar asi la perdida de transporte de energia mundial? dentro de que materiales deberia ser?

    1. Mariana, nadie lo sabe, pero la esperanza es que los primeros superconductores a temperatura y presión ambiental de cierta familia de materiales provoquen un enorme avance (con cientos de grupos investigando en ellos) que lleve rápido a superar las barreras iniciales (aunque nadie espera cables superconductores de aplicación práctica directa al transporte de energía).

  4. «Más tarde el propio Ashcroft sugirió que los hidruros (compuestos ricos en hidrógeno) también podrían serlo a presiones más bajas (aunque siempre altas presiones)» bajo que idea sugirio Ashcroft los hidruros podrían ser superconductores a presiones más bajas? (en vez de quizás mas altas)

Deja un comentario