La guillotina de Nature ha decapitado la superconductividad de LK-99

 

La gran nueva sobre LK-99 es una noticia de Dan Garisto en la revista Nature que decapita su superconductividad. Se hace eco de un artículo en arXiv que ya te conté (artículo alemán en LCMF, 14 ago 2023) donde se sintetizan cristales ultrapuros de Pb8.8(3)Cu1.2(3)P6O25. La fotografía de sus cristales púrpuras transparentes es espectacular (foto que no se incluyó en arXiv). Como es obvio, un material transparente no puede ser superconductor (ni diamagnético). El autor principal del trabajo, Pascal Puphal, del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Stuttgart, Alemania, es especialista en el crecimiento de cristales. Puphal afirma que su nuevo método de síntesis de monocristales (que difiere del patentado por los coreanos) era lo necesario para cerrar el caso: sus monocristales muestran que LK-99 es un semiconductor, fuera de toda duda. Además, sugiere que los indicios de superconductividad observados en LK-99 son debidos a las impurezas de Cu2S, ausentes en su monocristal. En redes sociales, los pocos que aún tenían esperanzas, las han perdido por completo. La guillotina de Nature ha decapitado la superconductividad ambiental de LK-99. 

Pero como ya te comenté, la serpiente de verano sigue viva y coleando. La razón es que el difractograma mediante difracción de rayos X en polvo (PXRD) del monocristal de LK-99 muestra que su dopado con cobre es una mezcla de dos posibilidades. Recuerda que los iones de cobre pueden sustituir a los iones de plomo en la posición de Wyckoff 4f o dopado de Pb(1), y posición 6h o dopado de Pb(2). En el monocristal púrpura sintetizado se observa una mezcla de ambos tipos de dopado. ¿Podrían los monocristales con un único dopado ser superconductores? Los coreanos afirmaban que su material tenía la fase 4f, ¿podría el (posible) secreto de la síntesis  coreana garantizar este dopado? Nadie conoce las respuesta, aunque ya conoces mi opinión, ninguno de los dos dopados por separado, como su mezcla, conduce a un superconductor a temperatura ambiente. Pero esto no está demostrado en el trabajo liderado por Puphal. Recuerda que muchas serpientes pueden sobrevivir (durante un tiempo corto) a una decapitación, manteniendo algunos reflejos musculares involuntarios. La guillotina de Nature ha decapitado el culebrón del verano, que ya no puede morder, pero aún no está muerto.

Te recomiendo leer la noticia con una pizca de escepticismo, Dan Garisto, «LK-99 isn’t a superconductor —how science sleuths solved the mystery. Replications pieced together the puzzle of why the material displayed superconducting-like behaviours,» News, Nature, 16 Aug 2023. Lo que más me gusta es su final: «El trabajo detectivesco realizado recopilando pruebas a partir de la observación original ha sido fantástico, y relativamente raro». Sin lugar a dudas, lo más interesante del culebrón es que nos muestra la ciencia en acción a una velocidad más rápida de lo habitual; la replicabilidad de todo resultado es imprescindible y el consenso científico en base a las evidencias acumuladas la seña de identidad de la metodología científica. Aunque sin olvidar que la ciencia hecha con prisas, como cualquier otra cosa, acaba con resultados poco confiables.

Por cierto, también se han publicado hoy en arXiv tres artículos teóricos basados en DFT. No creo que ninguno te interese, pero por si acaso. Se publica una crítica al trabajo de Griffin con DFT, sus conclusiones sobre la existencia de dos bandas planas semillenas podrían ser incorrectas; según nuevos resultados DFT, sus conclusiones están sesgadas por los parámetros que usó (recuerda que yo lo dije en su momento, LCMF, 01 ago 2023, sus parámetros no me convencían tras compararlos con otros resultados DFT publicados el mismo día, y desde entonces). Según las nuevas simulaciones DFT, el LK-99 estudiado por Griffin es un semiconductor, sin posibilidad de ser superconductor (como yo sugería entre líneas, aunque luego ella renegó de ello en Twitter ante las críticas recibidas). El artículo es Michael W. Swift, John L. Lyons, «Comment on «Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite»,» arXiv:2308.08458 [cond-mat.supr-con] (15 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.08458

A pesar de dicho comentario, otro artículo con DFT apoya los resultados de Griffin; se estudia el dopado con cobre de iones de plomo 4f (como Griffin) y 6h (que la propia Griffin mostró que era energéticamente más favorable). Se propone que la síntesis de LK-99 conduce a una mezcla de las fases 4f (dopado de Pb(1), llamado posición de Wyckoff 4f) y 6h (dopado de Pb(2), posición de Wyckoff 6h), en diferente proporción, lo que explicaría la diversidad de resultados publicados en los experimentos. En la fase 4f el dopado con cobre introduce una transición entre un estado semiconductor y un estado semimetálico con dos bandas planas semillenas. En la fase 6h el dopado con cobre no se observa dicha transición, siendo el material dopado semiconductor. El artículo es Ran Liu, Ting Guo, …, Tianxing Ma, «Different phase leads to different transport behavior in Pb9Cu(PO4)6O compounds,» arXiv:2308.08454 [cond-mat.supr-con] (15 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.08454.

Y un tercer artículo realiza un análisis termodinámico de las reacciones de síntesis de LK-99, concluyendo que conduce de forma preferente a Pb8Cu2(PO4)6, con el dopado con cobre de dos plomos Pb(1) y sin el oxígeno extra, en lugar de Pb9Cu(PO4)6O (lo que usó Griffin y la mayoría de los teóricos DFT), o Pb9Cu(PO4)6(OH)2 (lo que se considera en el llamado artículo de Princeton y algunos otros). Este compuesto (con x = 2 en la fórmula original de LK-99) también es un semiconductor, sin rastro de superconductividad. Pero los autores proponen que sería interesante sintetizarlo en laboratorio. El nuevo artículo es Phase Stability of Lead Phosphate Apatite Pb10−xCux(PO4)6O, Pb10−xCux(PO4)6(OH)2, and Pb8Cu2(PO4)6,» arXiv:2308.07941 [cond-mat.mtrl-sci] (14 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.07941

En resumen, tres artículos con DFT que tienen los problemas habituales de estos artículos; sus conclusiones deben ser tomadas con mucha cautela (en relación a la posible superconductividad del material estudiado). Lo más relevante hoy es la noticia de Dan Garisto, que está siendo muy criticado en redes sociales chinas y coreanas. Pero fuera del universo asiático, la mayoría confía en la ciencia alemana y en el prestigio de Nature. Pero no te dejes engañar, hasta que no se alcance el consenso científico, el escepticismo debe ser tu bandera.

Font, article de Francisco R. Villatoro per a "La ciencia de la mula Francis"