Ya sabemos que el material de moda, LK-99, una apatita de plomo dopada con cobre, no es un superconductor a temperatura y presión ambientales; toda la evidencia apunta a que es un semiconductor a temperatura ambiente. Sin embargo, igual que el plomo es un superconductor de tipo I con una temperatura crítica de 7.2 K, la apatita LK-99 podría ser superconductora. Se publica en arXiv la primera síntesis de LK-99 ultrapuro que muestra resistencia cero por debajo de una temperatura crítica de 110 K (−163 °C), muy por encima de la temperatura del nitrógeno líquido (77 K). El récord en cupratos ronda los 150 K (−123 °C), pero LK-99 podría ser muy útil si se confirmara su superconductividad a alta temperatura. Pero, cuidado, de las seis muestras estudiadas solo una presenta resistencia cero (las otras son semiconductoras). Además, no se ha observado el efecto Meissner en ninguna muestra. Tampoco parece mostrar un campo magnético crítico (hasta 9 teslas). Tengo serias dudas de que sea un superconductor a 100 K. Habrá que esperar a futuras medidas de la resistividad, pero tiene pinta de fiasco.
El problema de la medida de la resistividad es el pequeño tamaño de las muestras y su gran fragilidad (quizás por ello otros grupos que han sintetizado este material no han podido medirla). El mecanizado de los contactos es muy delicado y puede incurrir en cortocircuitos accidentales inducidos por la baja temperatura que produzcan una resistencia cero que sea ficticia. En mi opinión es una mala señal que solo se haya observado en una de las seis muestras sintetizadas de Pb10-xCux(PO4)6O, con 0.9<x<1.1 (con un ión de Cu por cada 9 de Pb). Lo que sí parece claro del nuevo artículo es que se ha sintetizado LK-99 ultrapuro, prácticamente sin rastro de Cu2S (como se observaba en las muestras de los coreanos Lee y Kim). Lo más llamativo del nuevo estudio es que se observa un salto en la resistividad de dos órdenes de magnitud alrededor de 250 K, que quizás podría ser la señal que los coreanos malinterpretaron de forma incorrecta como transición al estado superconductor a temperatura ambiente. No se ofrece explicación a este salto (quizás solo sea un problema en el mecanizado de los contactos). Lo repito, me parece un buen trabajo de replicación, que confirma que LK-99 es semiconductor a temperatura ambiente, pero la resistencia cero observada es muy discutible y tendrá que ser ratificada de forma independiente por otros grupos.
La apatita LK-99 promete ser un material interesante, tanto para los físicos experimentales como para los teóricos (ya se han publicado siete artículos teóricos, la mayoría observando bandas planas con DFT, lo que no implica superconductividad en ningún caso). Sea o no sea LK-99 superconductor a alta temperatura, abre la veda al estudio de la superconductividad en apatitas. Quizás acabe siendo una nueva familia superconductora, como los cupratos, pnicturos de hierro y niquelatos. El nuevo artículo es Qiang Hou, Wei Wei, …, Zhixiang Shi, «Observation of zero resistance above 100∘ K in Pb10-xCux(PO4)6O,» arXiv:2308.01192 [cond-mat.supr-con] (02 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.01192.
Hay que destacar que observar bandas planas alrededor del nivel de Fermi significa que hay estados electrónicos con correlación fuerte, nada más. Hay superconductores que tienen este tipo de bandas (como el MATBG con Tc ~ 1.7 K), pero no hay ninguna relación de causa efecto demostrada entre bandas planas y superconductividad. Los nuevos artículos teóricos que observan dichas bandas en el LK-99 usando DFT con VASP son J. Cabezas-Escares, N. F. Barrera, …, F. Munoz, «Theoretical insight on the LK-99 material,» arXiv:2308.01135 [cond-mat.supr-con] (02 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.01135; Junwen Lai, Jiangxu Li, …, Xing-Qiu Chen, «First-principles study on the electronic structure of Pb10-xCux(PO4)6O (x=0, 1),» arXiv:2307.16040 [cond-mat.mtrl-sci] (29 Jul 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2307.16040; Liang Si, Karsten Held, «Electronic structure of the putative room-temperature superconductor Pb9Cu1(PO4)6O,» arXiv:2308.00676 [cond-mat.supr-con] (01 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.00676; Rafal Kurleto, Stephan Lany, …, Daniel S. Dessau, «Pb-apatite framework as a generator of novel flat-band CuO based physics, including possible room temperature superconductivity,» arXiv:2308.00698 [cond-mat.supr-con] (01 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.00698; además del de Griffin citado en LCMF, 01 ago 2023.
Además, hay artículos teóricos presentan modelos muy simplificados del LK-99 para facilitar la comprensión de sus propiedades potenciales (en mi opinión de muy poco interés por su simplicidad), como Omid Tavakol, Thomas Scaffidi, «Minimal model for the flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite,» arXiv:2308.01315 [cond-mat.supr-con] (02 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.01315; G. Baskaran, «Broad Band Mott Localization is all you need for Hot Superconductivity: Atom Mott Insulator Theory for Cu-Pb Apatite,» arXiv:2308.01307 [cond-mat.supr-con] (02 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.01307.
En el nuevo artículo se ha intentado sintetizar LK-99 por cuatro procedimientos diferentes (en la figura son S1, S2, S3 y S4). Solo han sido exitosos S1 y S2, siendo una muestra de S1 la que ha permitido observar la resistencia cero (sin efecto Meissner). La comparación entre el espectro de difracción de rayos X de la muestra S1 y el que aparece en el artículo de los coreanos indica que se ha logrado una síntesis de mayor pureza. No entraré en los detalles (menores) que han permitido lograrlo (los interesados pueden consultar el artículo). Por supuesto, la resistencia cero (una caída en la resistividad de cuatro órdenes de magnitud) no es suficiente para hablar de estado superconductor. Me hubiera gustado ver medidas de las susceptibilidad magnética, de la capacidad térmica, etc. Proclamar que un material es superconductor requiere un amplio estudio de muchas propiedades físicas, que en su conjunto avalen la superconductividad observada. Una única propiedad no nos dice nada. Cuidado con extrapolar lo que se cuenta en redes sociales y medios poco rigurosos.
Muchas gracias por el artículo!
Pequeño typo (creo):
«no >se< suficiente para hablar de estado superconductor"
Gracias, Izan, corregido.
Es posible que la superconductividad se algo que se logre una vez que se refine la creacion del material? Leí en varios lugares que las muestras no son puras y por eso fallan, pero no se que tanto es influye eso o si es solo una excusa para tener esperanzas
Sebasp, no se sabe si la hipotética superconductividad tiene su origen en dichas impurezas (la muestra coreana original las contiene), o por el contrario requiere una síntesis ultrapura (la más pura hasta ahora no muestra ni rastro de superconductividad). Ahora mismo solo hay incógnitas… pero, en mi opinión, toda apunta a que no hay superconductividad a temperatura ambiente y la duda es si la hay a muy baja temperatura.
Muy buen articulo, Francis, alejado de noticias sensacionalistas y con rigor.
Calidad y calidad
Bueno todo indica no ser superconductor, pero lo que si abre la brecha de un nuevo tipo de materiales para buscar la tan deseada superconductividad de altas temperaturas a la temperatura ambiente, que desde el furor que surgió de mediados de los ochentas con el descubrimiento de las primeras cerámicas superconductoras no se ha vuelto a ver
Saliéndonos de lo estrictamente científico, a mí lo que me choca es que, si lo publicado por este equipo chino es correcto, resulta que el material es bastante extraordinario y el primero de un nuevo tipo de superconductores, aunque no sean a temperatura ambiente (este a 110 K). Así que ¿por qué inventarse lo de la superconductividad a temperatura ambiente si resulta que el material y sus derivado y/o similares por si mismos son merecedores de investigación y elogio por su descubrmiento? Y si por otra parte resultara que no ha habido engaño a sabiendas sino un error de laboratorio lo de la superconductividad a temperatura ambiente ¿cómo es que son tan torpes para una cosa y al mismo tiempo tan brillantes para haberlo descubierto?
En resumen, que ni el fraude ni la torpeza casan bien con las características descubiertas en esta nueva familia de superconductores. ¿Quizás hayan plagiado torpemente a alguien que no puede protestar o decir algo? ¿Un fallecido? ¿Una serendipia espectacular? Es un caso verdaderamente raro. Tengo muchísima curiosidad por saber al final en qué va a quedar todo.
Enrique, cuidado, «¿por qué inventarse lo de la superconductividad a temperatura ambiente?», no es cierto que se lo hayan inventado (tienen datos, aunque bastante chapuceros, que en su opinión apoyan su afirmación); lo único cierto es que tienen una empresa que ha recibido financiación de inversores con la promesa de comercializar un superconductor a temperatura ambiente. Por otro lado, en el área de la superconductividad la mayoría de los descubrimientos de nuevos materiales superconductores de alta temperatura se realizaron por casualidad, por serendipia (alguien tuvo una intuición, sintetizó un material y se encontró con la superconductividad); los avances posteriores se realizaron en dicha familia de materiales tratando de optimizar las propiedades observada por serendipia. «Ni el fraude ni la torpeza…» Nadie habla de fraude; todo apunta a «sesgo de confirmación» (por cierto, cada pocos años hay un anuncio de un nuevo material superconductor a temperatura ambiente, pero solo a veces copa todos los medios y redes sociales).
«¿Un fallecido?» Por lo que cuenta Lee, la idea original de estudiar apatitas de plomo es del difunto Tong-Shik Choi, quien fue el supervisor inicial de las tesis doctorales de Lee y Kim, pero que según parece falleció antes de que finalizaran sus tesis (ambos ya son doctores). Las ideas de Choi sobre la superconductividad son incorrectas (la teoría BCS es incorrecta, los pares de Cooper no existen, la superconductividad tiene su origen en correlaciones cuánticas entre huecos, los materiales unidimensionales tienen mayor temperatura crítica que los tridimensionales, etc.), pero son ideas que le llevaron a especular que las apatitas podrían ser un material superconductor y estudiarlas en su grupo de investigación en la década de los 1990. Aquí una entrevista a Choi, traducida al inglés.
Muchísimas gracias, Francis.
Interesante la opcion de Jofaserimon que podría explicar la falta de reproductibilidad. Respondiendo a Enrique Moreno solo la noticia ha provocado un incremento desmesurado del valor de las acciones de las empresas de microelectrónica, sobre todo chinas!.
Y digo yo, ¿no será que la primera vez que sintetizaron el material, cometiesen algún pequeñísimo error y no sintetizasen el compuesto que pensaban que estaban consiguiendo?
Por ese motivo, ahora el resto de equipos quizás estén logrando un compuesto incluso mejor hecho, y no consiguen replicar los resultados.