- Trước tuyên bố của nhóm nghiên cứu tại Quantum Energy Research Centre của Hàn Quốc về chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng và áp suất thường, nhiều nhóm nghiên cứu, trong đó có Argonne National Laboratory, đã bắt tay vào các thí nghiệm tái hiện, nhưng các nhà vật lý vẫn phản ứng thận trọng do chi tiết trong bài báo và chất lượng dữ liệu
- Hai bản tiền ấn phẩm chưa qua bình duyệt được đăng lên arXiv ngày 22/7 tuyên bố rằng vật liệu dựa trên chì, oxy và phốt pho được pha tạp đồng có thể cho dòng điện chạy qua không điện trở ở áp suất thường tới ít nhất 400K
- Căn cứ là dữ liệu cho thấy tính siêu dẫn như điện trở bằng 0 và sự đẩy từ trường, nhưng một số chuyên gia cho rằng cách trình bày dữ liệu còn vụng về và phần giải thích vật lý chưa đầy đủ
- Sự hoài nghi tập trung vào việc vật liệu ban đầu, apatit chì, là một khoáng vật không dẫn điện; việc thay thế bằng đồng khó có thể làm thay đổi mạnh tính chất điện; và các nguyên tử chì nặng có thể cản trở sự hình thành cặp electron
- Khả năng tái hiện là tiêu chí phán định; bản thân apatit chì là vật liệu đã được biết rõ, nhưng quy trình tổng hợp pha rắn lượng nhỏ, nhiều bước trong 4 ngày không đơn giản như phản ứng trên mạng xã hội gợi ý
Tuyên bố về chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, áp suất thường và cuộc đua tái hiện
- Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim và các cộng sự tại Quantum Energy Research Centre của Hàn Quốc đã đăng hai bản tiền ấn phẩm liên quan lên arXiv ngày 22/7
- Tuyên bố cốt lõi là một vật liệu dựa trên chì, oxy và phốt pho được pha tạp đồng thể hiện tính siêu dẫn ở áp suất thường, tới ít nhất 400K, cao hơn nhiệt độ sôi của nước
- Nếu đúng, đây có thể là một phát hiện lớn trong vật lý vật chất ngưng tụ và cũng gắn với các khả năng công nghệ như phương tiện bay lơ lửng hay lưới điện cực kỳ hiệu quả
- Tuy nhiên, các bài báo thiếu chi tiết nên nhiều nhà vật lý hoài nghi về dữ liệu và cách trình bày
- Nhiều nhóm nghiên cứu, bao gồm Argonne National Laboratory, đã bắt đầu chế tạo vật liệu này và thử tái hiện thí nghiệm
Vì sao chất siêu dẫn quan trọng
- Chất siêu dẫn là vật liệu có thể truyền dòng điện mà không có điện trở
- Các nam châm điện lớn trong thiết bị MRI được làm từ dây siêu dẫn; nhờ dòng điện không điện trở, chúng có thể tạo ra từ trường mạnh mà không bị nóng lên hay tiêu thụ năng lượng khổng lồ
- Chất siêu dẫn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ bộ lọc tần số cho truyền thông không dây đến máy gia tốc hạt
- Trong các chất rắn tinh thể thông thường, electron va chạm với các nguyên tử đang dao động trong mạng tinh thể nên không thể di chuyển dễ dàng
- Ở một số vật liệu, khi nhiệt độ đủ thấp, electron tạo thành các cặp electron liên kết lỏng lẻo; dao động mạng ở nhiệt độ thấp không đủ mạnh để phá vỡ các cặp này, nên electron di chuyển không bị cản trở
Bối cảnh về chất siêu dẫn truyền thống và siêu dẫn nhiệt độ cao
- Nhiều kim loại nguyên tố và hợp kim như chì, thủy ngân, niobi và thiếc trở thành chất siêu dẫn khi được làm lạnh tới gần độ không tuyệt đối
- Vào thập niên 1950, các nhà vật lý giải thích rằng trong chất siêu dẫn truyền thống, dao động mạng tinh thể đóng vai trò như chất keo tạo ra các cặp electron
- Vào thập niên 1980, người ta xác nhận rằng các hợp chất phức hợp chứa các lớp đồng và oxy thể hiện tính siêu dẫn ở mức tối đa 133K
- Sau đó, các hợp chất chứa các lớp sắt và asen cũng được phát hiện có thể thể hiện tính siêu dẫn ở nhiệt độ gần tương tự
- Gần đây cũng có những tuyên bố gây tranh cãi rằng các hợp chất chứa hydro, lưu huỳnh và carbon thể hiện tính siêu dẫn ở nhiệt độ phòng dưới áp suất cao
Bằng chứng do nhóm nghiên cứu Hàn Quốc đưa ra
- Các bản tiền ấn phẩm tuyên bố rằng nếu một vật liệu gồm các nguyên tố phổ biến là chì, oxy và phốt pho được “seasoned” hoặc pha tạp bằng đồng, nó sẽ trở thành chất siêu dẫn tối hậu
- Theo tuyên bố này, sau khi nung tạo mẫu, chỉ cần đặt mẫu trên bàn thí nghiệm ở nhiệt độ phòng và áp suất thường, nó vẫn có thể cho dòng điện chạy qua không điện trở
- Nhóm nghiên cứu đưa ra dữ liệu cho thấy điện trở trở về 0, cùng với dữ liệu dường như cho thấy vật liệu đẩy từ trường ra ngoài
- Sự đẩy từ trường được xem là một dấu hiệu quan trọng khi đánh giá tính siêu dẫn
- Các bản tiền ấn phẩm này chưa trải qua bình duyệt, và nhóm nghiên cứu không phản hồi yêu cầu bình luận của Science
Vì sao các nhà vật lý nghi ngờ
- Michael Norman cho rằng các tác giả bài báo dường như không hiểu nhiều về tính siêu dẫn, và một số cách trình bày dữ liệu cũng đáng ngờ
- Vấn đề đầu tiên là vật liệu trước khi pha tạp, apatit chì, không phải kim loại mà là khoáng vật không dẫn điện
- Vì vậy nó được xem là điểm khởi đầu không hứa hẹn để tạo ra chất siêu dẫn
- Vấn đề thứ hai là cấu trúc electron của nguyên tử chì và nguyên tử đồng khá giống nhau, nên việc thay thế một phần chì bằng đồng khó có thể làm thay đổi mạnh tính chất điện
- Norman diễn đạt theo kiểu: “Nếu bắt đầu từ đá thì thứ thu được vẫn phải là đá”
- Vấn đề thứ ba là nguyên tử chì rất nặng, có thể ức chế dao động mạng tinh thể và khiến việc hình thành cặp electron trở nên khó hơn
- Nadya Mason đánh giá tích cực việc nhóm nghiên cứu đã thu được dữ liệu phù hợp và trình bày kỹ thuật chế tạo tương đối rõ ràng, nhưng cho rằng bản thân dữ liệu khá thô sơ
Cơ chế được đề xuất và các câu hỏi còn bỏ ngỏ
- Các bài báo không đưa ra lời giải thích vững chắc về cơ chế vật lý đang diễn ra bên trong vật liệu
- Nhóm nghiên cứu phỏng đoán rằng việc pha tạp làm biến dạng nhẹ các chuỗi nguyên tử chì dài vốn tồn tại tự nhiên, và tính siêu dẫn có thể xuất hiện dọc theo các kênh một chiều này
- Norman cho rằng tuyên bố này gây ngạc nhiên vì các hệ một chiều nói chung không tạo ra tính siêu dẫn
- Một câu hỏi khác còn bỏ ngỏ là sự mất trật tự do pha tạp gây ra lẽ ra cũng phải ức chế tính siêu dẫn nhiều hơn
- Mason cho rằng Lee và Kim đã đề xuất khả năng có các mô hình giống như sóng điện tích trong chuỗi, và các mô hình điện tích tương tự từng được quan sát ở chất siêu dẫn nhiệt độ cao
Thí nghiệm tái hiện là tiêu chí phán định
- Câu hỏi then chốt là liệu các nhóm nghiên cứu khác có thể tái hiện cùng các quan sát hay không
- Norman cho rằng apatit chì là vật liệu đã được biết rõ, nên các nhóm nghiên cứu khác cũng có thể tổng hợp được
- Tuy nhiên, quy trình tổng hợp không đơn giản như một số phản ứng trên mạng xã hội nghĩ
- Jennifer Fowlie chỉ ra rằng “quy trình tổng hợp pha rắn lượng nhỏ, nhiều bước trong 4 ngày” đang bị nhìn nhận như một việc dễ dàng một cách kỳ lạ
- Các nhà vật lý sẽ kiểm chứng tuyên bố này rất nhanh
- Norman nói: “Nếu chuyện này là thật, chúng ta sẽ biết trong vòng một tuần”
1 bình luận
Các ý kiến trên Hacker News
Điều thực sự tuyệt vời là trong toàn bộ quá trình này hoàn toàn không có nhà xuất bản khoa học nào chen vào. Bài báo được đưa lên arXiv, tranh cãi nổ ra, và giờ một phòng thí nghiệm quốc gia đang xem xét, tất cả diễn ra mà không cần gửi tới tạp chí học thuật
Tạp chí học thuật ban đầu ra đời để phân phối tốt hơn cách các nhà nghiên cứu gửi thư cho nhau. arXiv rất tốt cho bình duyệt đồng nghiệp, và vì công trình nghiên cứu thực sự được công khai chứ không nằm sau tường phí, nên đồng nghiệp có thể xem xét
Xa hơn nữa, nếu dùng OpenReview thì có thể theo dõi thảo luận, điều đó rất tốt; nhưng ai từng phát hành nghiên cứu dưới dạng mã nguồn mở đều biết rằng những câu hỏi như “mô hình đã huấn luyện rồi, nhưng kiểm thử thế nào?”, “làm sao sửa lỗi CUDA hết bộ nhớ?” có thể ập tới và nhanh chóng trở nên lộn xộn. arXiv và preprint cũng là một diễn đàn bình duyệt đồng nghiệp
Thí nghiệm và quy trình rất khó và cực kỳ tinh vi. Ta đang kỳ vọng tạo ra vật liệu ở thang nano bằng một quy trình vĩ mô, và hóa học đôi khi giống như chế tạo vi mạch bằng búa đầu tròn vậy. Kiểu như: “Gõ 70 lần trong 30 giây với 3,8 mL acetone thì sẽ tạo ra cấu trúc đơn tinh thể. Không được gõ 71 lần, cũng không được 69 lần”
Các nhà hóa học là chuyên gia trong việc mô tả quy trình rõ ràng nhưng lại bỏ sót những chi tiết then chốt trông có vẻ vô nghĩa mà một người làm thí nghiệm lành nghề có thể mất 1–2 năm mới phát hiện ra. Hơn nữa, quy trình lần này cũng chưa được trình bày rõ ràng
Trường hợp tốt nhất là các nghiệp dư đầy nhiệt huyết thử tổng hợp vật liệu, rồi quan sát nó hoạt động kém hoàn hảo hơn dự kiến. Sau đó, đáng để đặt cược vào sự kiên nhẫn và kỹ lưỡng khi họ lặp lại việc đó trong 5 tuần, 10 tuần, 150 tuần để xác định vấn đề là do tự nhiên hay do kỹ thuật
Tôi không có ý nói lần này cũng là thất bại tương tự, nhưng 34 năm trước quá trình diễn ra bằng họp báo và lưu truyền bản thảo, chứ không phải arXiv
Tôi rất hoài nghi, nhưng khi xử lý một hiện tượng có vẻ như ngẫu nhiên, việc kiểm chứng tuyên bố ban đầu quan trọng hơn bản thân việc tái lập
Cần đưa thiết bị và nhân lực của một phòng thí nghiệm độc lập tới hiện trường, hoặc gửi mẫu vật liệu tới một phòng thí nghiệm độc lập để xác minh. Nếu phép màu là thật, họ phải có thể thực hiện phân tích vật liệu như phổ tia X, nhiễu xạ và nhiều phép kiểm tra khác
Cũng có thể một tạp nhiễm cụ thể do bất cẩn đã vô tình hội đủ mọi điều kiện khiến nó trông giống chất siêu dẫn, và trong trường hợp đó người khác có thể không dễ tái lập được
Những lần biến đổi ngoài ý muốn của Jekyll ngày càng thường xuyên hơn, và để đảo ngược cần ngày càng nhiều huyết thanh hơn; cuối cùng muối dùng trong huyết thanh bị thiếu, và các mẻ làm từ nguồn hàng mới không còn tác dụng. Jekyll suy đoán rằng nguyên liệu ban đầu có một tạp chất tạo ra hiệu quả
https://en.wikipedia.org/wiki/Jekyl_and_Hyde#Plot
Mọi người có vẻ cảm thấy nó khá dễ chế tạo, nhưng dù sao nếu có mẫu thì có thể kiểm tra xem nó có các tính chất được tuyên bố hay không và phân tích xem nó được tạo thành từ gì
Tuy vậy, dù tôi không biết hoàn toàn trong phòng thí nghiệm vật lý chất rắn thực tế có thể làm được những gì, nhưng với phòng lab và thiết bị phù hợp, việc tạo ra vật liệu này trông không đến mức quá khủng khiếp. Hy vọng sớm biết được rốt cuộc là bên nào
Nếu lần thứ hai không tạo được thì vấn đề được khép lại. Chạy lại mọi thứ sẽ tốn nhiều thời gian và tiền bạc, nhưng có vẻ như cả Trái Đất sẵn sàng cung cấp các nguồn lực cần thiết
Phần liên quan trong bài chỉ là đoạn “các nhà nghiên cứu ở Argonne và những nơi khác đã bắt đầu thử tái lập thí nghiệm, và những người ở đây đang xem xét nghiêm túc, cố gắng nuôi cấy vật liệu này”
Tiêu đề được gửi lên là một tiêu đề đã bị biên tập rất nhiều, và hoàn toàn không hàm ý rằng ở Argonne có một nỗ lực có tổ chức
Ngược lại, cách nói “xem xét nghiêm túc” còn mạnh hơn; tiêu đề được gửi lên thậm chí còn hơi ít giật gân hơn
Tiêu đề đã lấy phần cốt lõi của bài, và đó là cách làm phổ biến trên HN. Phụ đề chỉ là nội dung đã biết: “có nhiều hoài nghi”. Ít nhất với một số người, gồm cả tôi, việc các phòng thí nghiệm hợp pháp của chính phủ Mỹ đang nghiên cứu chuyện này là điều mới, và đó là giá trị tin tức
Phần Norman phàn nàn rằng nguyên tử chì quá nặng có vẻ không khớp lắm với thành phần của các chất siêu dẫn khác đã biết. Theo tôi biết, chất siêu dẫn oxit đồng được dùng rộng rãi nhất là BSCCO, và nó cũng đã được dùng trong đường dây điện siêu dẫn đầu tiên trên thế giới
https://en.wikipedia.org/wiki/Holbrook_Superconductor_Projec...
Lập luận rằng “vì nguyên tử chì và đồng có cấu trúc electron tương tự nhau, nên việc thay thế một phần nguyên tử chì bằng nguyên tử đồng không nên ảnh hưởng lớn đến tính chất điện” cũng kỳ lạ. Ion chì(II) được nêu có số electron chẵn, còn đồng(II) thì lẻ. Nếu là đồng(I), bản thân điện tích đã khác. Nghe từ một nhà vật lý thì đây là một logic rất rối rắm
Ngoài ra, đoạn nói “apatit chì không pha tạp không phải là kim loại mà là khoáng vật không dẫn điện” cũng không phù hợp với việc các chất siêu dẫn oxit đồng và nền sắt không phải là kim loại. Một số trong đó ở điều kiện bình thường còn là chất cách điện Mott
Có lý do để hoài nghi LK-99, nhưng lập luận này không phải là lý do đó
Dường như đang có xu hướng các nhà khoa học khác cho rằng LK-99 không phải chất siêu dẫn mà chỉ là một chất nghịch từ mạnh
Với tư cách không phải nhà vật lý, tôi tò mò liệu chỉ riêng điều đó có hữu ích không. Lướt qua Wikipedia thì thấy vật liệu nghịch từ mạnh có vẻ không nhiều, nên nếu đây là phát hiện vật liệu mới thì dù không đến mức làm rung chuyển thế giới, có lẽ vẫn là một khám phá lớn chăng
Nó có thể biểu hiện nghịch từ mà không có tính siêu dẫn ở quy mô sử dụng được, và xa hơn có thể mở ra con đường thay đổi vật liệu để tăng kích thước các vùng siêu dẫn. Dĩ nhiên đây chỉ là suy đoán thuần túy, và khả năng cao hơn là nó “chỉ” nghịch từ theo cùng cơ chế như các vật liệu khác, tức là cấu trúc trong đó tất cả electron của các hạt tạo nên mẫu đều đã ghép đôi
Có những phê bình đối với nghiên cứu gốc, nhưng có vẻ họ đã công bố tài liệu khá nghiêm túc để giúp việc tái lập dễ hơn
Nadya Mason, nhà vật lý vật chất ngưng tụ tại University of Illinois Urbana-Champaign, đánh giá tích cực việc các tác giả đưa ra dữ liệu phù hợp và làm rõ kỹ thuật chế tạo, nhưng cũng cảnh báo rằng dữ liệu trông hơi thô
Tôi đã viết một thread khá bao quát về tình hình hiện tại. Hơi dài và khó tóm tắt, nhưng ở đây
https://twitter.com/sanxiyn/status/1685094029116297216
Các phản bác bài báo được liên kết, đặc biệt việc CMTC cho điểm F, là chí mạng. Một mình giáo sư Kim của William & Mary thực sự là học giả chính quy và chỉ đóng vai trò rất nhỏ, nhưng càng ngày việc này càng trông giống sản phẩm của vài người lập dị ở “Q-Centre”
Phần lớn công việc đã diễn ra trước khi Kim tham gia, và ông chỉ có tên trong 1 trong 3 bài báo đã xuất hiện đến nay. Đó là manh mối chính danh duy nhất trong toàn bộ chuyện này, nhưng là một manh mối rất mỏng manh. 5 người còn lại thì trông đơn giản là kỳ quặc
Video EEVblog làm về vụ này khá buồn cười. Nếu chưa xem thì ở đây: https://www.youtube.com/watch?v=QHPFphlzwdQ
Nhìn demo đó thì thật sự có vẻ là một cách ngu ngốc để trình bày một vật liệu kỳ diệu, và không tạo được niềm tin
Tôi không hiểu vì sao không đề nghị phân tích mẫu chất siêu dẫn mà họ nói đã tạo ra theo đúng tuyên bố. Mọi người chỉ nói đến chuyện tái lập theo công thức chế tạo, nhưng chẳng phải bằng chứng nằm trong vật liệu đã hoàn thành sao
Với tôi, điểm cốt lõi là trong 20 năm qua lĩnh vực này đã có tiến triển ở mức nào đó, nên các tuyên bố về tính siêu dẫn đủ gần nhiệt độ phòng giờ không còn bị gạt phăng ngay lập tức nữa
Có lẽ đến khi tôi già bạc tóc, mọi thứ sẽ di chuyển bằng tàu đệm từ