Nuevos resultados en contra de la superconductividad casi ambiental en el hidruro de lutecio dopado con nitrógeno

Por Francisco R. Villatoro, el 18 marzo, 2023. Categoría(s): Física • Nature • Noticias • Physics • Science ✎ 6

El tema científico más polémico de esta semana ha sido la «Posible superconductividad a 294 K y 1 GPa en un hidruro de lutecio dopado con nitrógeno» (LCMF, 14 mar 2023). El primer intento de replicar el resultado ha sido fallido: el hidruro de lutecio dopado con nitrógeno (LuH2±xNy) no es superconductor por encima de 10 K a presiones entre 1 GPa y 6 GPa; de hecho, ni siquiera muestra ningún cambio de color (de azul a rojo pasando por rosado). Dicho cambio de color se observa en el hidruro de lutecio (LuH2), su color azul cambia a rosa a ~2.2 GPa y luego a rojo a ~4 GPa; pero este material no es superconductor a presiones hasta 7.7 GPa por encima de 1.5 K. Más aún, un superhidruro de lutecio (Lu4H23) es superconductor a 71 K a presiones de 218 GPa (a 65 K a 181 GPa), no siendo superconductor a ~1 GPa. Como era de esperar el artículo del grupo de Dias en Nature no es replicable.

Obviamente, Dias y su grupo dirán que su hidruro de lutecio dopado con nitrógeno es LuH3−xNy (92 %) con LuN1−xHy (7 %) en lugar de LuH2±xNy; sin embargo, el difractograma espectro de difracción(∗) por rayos X (XRD) de este último (ver la figura) es casi idéntico (gráfica derecha) al publicado por Dias en en Nature. Estos nuevos artículos (y los que se publicarán la semana próxima) no dejan lugar a dudas de que el hidruro de lutecio dopado con nitrógeno no es un superconductor de alta temperatura a una presión tan baja como 1 GPa; y, además, está muy lejos de alcanzar temperaturas ambientales (~300 K) incluso a presiones superiores a 200 GPa. El fiasco de Dias no solo desprestigia a su grupo, sino también a la revista Nature y a toda la comunidad científica que investiga en hidruros superconductores a altas presiones.

Todos recordamos el aforismo popularizado por Carl Sagan: afirmaciones extraordinarias requieren evidencias extraordinarias. Los nuevos artículos son Xue Ming, Ying-Jie Zhang, …, Hai-Hu Wen, «Absence of near-ambient superconductivity in LuH2±xNy,» arXiv:2303.08759 [cond-mat.supr-con] (15 Mar 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2303.08759 (este artículo, por su formato, ha sido enviado a Nature o Nature Physics); Pengfei Shan, Ningning Wang, …, Jinguang Cheng, «Pressure-induced color change in the lutetium dihydride LuH2,» Chinese Physics Letters 40: 046101 (15 Mar 2023), doi: https://doi.org/10.1088/0256-307X/40/4/046101arXiv:2303.06718 [cond-mat.supr-con] (12 Mar 2023); y Zhiwen Li, Xin He, …, Changqing Jin, «Superconductivity above 70 K experimentally discovered in lutetium polyhydride,» arXiv:2303.05117 [cond-mat.supr-con] (09 Mar 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2303.05117.

(∗) [PS 10 abr 2023] Como me aclara Jorge @worldusername, «la difracción de rayos X no es una espectroscopia, por lo que los difractogramas no son espectros.» Gracias, Jorge, por la oportuna aclaración. [/PS]

A priori, la síntesis a altas presiones de un hidruro de lutecio dopado con nitrógeno no es difícil (quizás por eso la omiten Dias y su grupo en Nature). De hecho, el difractograma espectro XRD de Ming et al. que es casi idéntico al de Dias tiene la ventaja de que es más limpio y presenta menos impurezas (no se observan trazas del Lu2O3, un 0.46 % en la muestra de Dias). Por desgracia, el LuH2±xNy no presenta ningún cambio de color entre 1 GPa y 5.2 GPa (lo que sugiere que Dias podrían estar observado otra cosa).

El hidruro de lutecio dopado con nitrógeno muestra una curva de resistencia en función de la temperatura propia de un metal, siendo lineales entre 40 K y 300 K, y cuadráticas por debajo de 40 K. No hay ningún indicio de superconductividad (solo hay un pequeño cambio de pendiente a 315 K que podría ser un error sistemático del instrumento de medida). Como muestra esta figura, para presiones entre 1.3 y 6.28 GPa, tampoco hay ningún indicio de superconductividad para temperaturas entre 10 y 350 K. Nada en estas curvas apunta a lo que afirma observar Dias y su grupo tras aplicar su (peculiar) técnica de substracción del fondo.

Las curvas del momento magnético en función de la temperatura a 1 GPa y 2.1 GPa tampoco muestran ningún indicio de diamagnetismo debido al efecto Meissner (cuando los resultados de Dias en Nature eran curvas de libro de texto). Los resultados de Ming et al. no dejan lugar a dudas sobre la ausencia de superconductividad en el LuH2±xNy a presiones del orden de 1 GPa (un resultado en buen acuerdo con estudios previos sobre hidruros de lutecio).

El cambio de color observado por Dias en Nature, de azul a rojo pasando por rosa en la fase superconductora, apunta al hidruro de lutecio (LuH2). Su difractograma espectro de rayos X difiere del publicado en Nature, pero el cambio de color ha sido observado por Ming et al. y por Shan et al. Por cierto, Shan et al. adquirieron polvo de lutecio de Aladdin, que resultó ser una mezcla de LuH2 (70 %), de color azul, y Lu2O3 (27 %), de color blanco; tuvieron que separar el primero para estudiar sus cambios de color. Como Dias reportaron en su muestra Lu2O3 (0.46 %), puede que las impurezas de oxígeno sean las responsables de que las presiones a las que se observan los cambios de color que reportan en Nature sean diferentes a las del LuH2.

Por desgracia, la curva de resistencia en función de la temperatura del hidruro de lutecio (LuH2) no muestra ningún tipo de señal de superconductividad para temperaturas entre 1.5 y 300 K a presiones entre 0.5 y 6.7 GPa. El comportamiento observado es metálico, aunque presenta una irreversibilidad (muy aparente a bajas presiones), que apunta a la necesidad de futuros estudios; aunque nada hace pensar que dichos estudios vayan a observar comportamiento superconductor.

Finalmente, se ha publicado la superconductividad con una temperatura crítica de 71 K (65 K) de un polihidruro de lutecio (Lu4H23) a una alta presión de 218 GPa (181 GPa). Un material interesante porque soporta un campo magnético crítico de ~36 T (teslas).

El polihidruro de lutecio tiene unas características estructurales que apuntan a superconductividad a altas presiones según la teoría de Ashcroft (1968) para el hidrógeno metálico. Por supuesto, está muy lejos de de la temperatura ambiente. Futuros estudios tendrán que confirmar sus propiedades, pero para lo que nos interesa aquí, todo apunta a que el artículo de Dias en Nature acabará siendo retirado (retractado) como su artículo de 2020. ¿Cómo puede la editora de Nature (Magdalena Skipper) permitir que su revista acepte artículos como el nuevo de Dias? El incremento en el índice de impacto de esta revista en los últimos años está  siendo acompañado por un desprestigio creciente. ¿Necesita Nature un golpe de timón?



6 Comentarios

  1. Pues la vergüenza ajena no ha hecho más que comenzar. Hoy mismo me ha llegado de Xataka este artículo hablando a bombo y platillo del fiasco de Días. El editor del artículo es un periodista al cual me ha sido imposible advertir del error. Lo peor es que incluso en el artículo ya se menciona el artículo de 2020 retractado como si nada. Es increíble.
    https://www.xataka.com/investigacion/tenemos-nuevo-material-superconductor-cumple-que-promete-sera-crucial-para-tecnologia

  2. Es probable que en el intento de reproducir el experimento haya faltado algo importante. Por tanto pienso que ni se ha demostrado aun el revolucionario hallazgo pero tampoco hay que decir que sea falso o un fiasco. Hay que esperar un poco más para saberlo.

  3. Supongo que esto se produce cuando la mala praxis no conlleva castigo.
    Si es verdad todo esto, han pegado un bombazo.
    Si es mentira, entre que se decide o se deja de decidir se van escribiendo artículos con referencia a Nature, que en el fondo suben, aunque sea temporalmente, el índice de impacto. Si luego se retira, «que le quiten lo bailao».
    La penalización sería si se dejara de publicar en Nature, pero con la inercia que tiene nadie le pone el cascabel al gato.

Deja un comentario