Ein Team südkoreanischer Wissenschaftler unter der Leitung des Physikers Seok-bae Lee hat vor kurzem mit der Ankündigung der Entdeckung des ersten Supraleiters bei Raumtemperatur für Aufregung in der wissenschaftlichen Gemeinschaft gesorgt. Doch die Forschungsarbeit wurde von einer wissenschaftlichen Gemeinschaft, die ihre Ergebnisse unabhängig überprüfen wollte, sowohl gelobt als auch an den Pranger gestellt.
In zwei Preprint-Papieren, die auf arXiv veröffentlicht wurden, stellten Lee und seine Kollegen vom Quantum Energy Research Institute LK-99 vor, ein Material, das ihrer Meinung nach Supraleitfähigkeit bei Temperaturen von bis zu 400 K (127 °C) aufweist und damit den bisherigen Rekord von -135 °C weit übertrifft. Wenn sich dieser angebliche Durchbruch bestätigt, könnte er Quantencomputer, verlustfreie Energieübertragung und revolutionäre Batteriespeichertechnologie ermöglichen.
Was ist ein Supraleiter?
Die Temperatur eines Stoffes ist ein Maß für die kinetische Energie der darin enthaltenen Moleküle. Ein heißes Material bedeutet, dass sich seine Elektronen wie verrückt bewegen, während kalte Elektronen langsamer und ruhiger sind. In einem Supraleiter können die Elektronen widerstandslos fließen – es entsteht keine Wärme.
Wenn ein Stoff unter seine kritische Temperatur abgekühlt wird, können die Elektronen wie eine Person durch einen fast leeren Raum gleiten, in dem nur ein paar Leute Yoga machen. Im Gegensatz dazu stoßen sich die Elektronen bei wärmeren Temperaturen gegenseitig ab, so wie Menschen, die versuchen, eine überfüllte Tanzfläche zu durchqueren. Dieser Widerstand bedeutet einen Verlust an Leistung oder Energie.
Diese Wissenschaftler haben tatsächlich behauptet, einen Weg entwickelt zu haben, der das Durchqueren einer überfüllten Tanzfläche so einfach macht wie das Durchqueren eines kalten und leeren Yogaraums.
Was ist so besonders an LK-99?
Mit Hilfe einer neuartigen Festkörperreaktionsmethode, die in der Studie beschrieben wird, haben die Forscher LK-99 synthetisiert und seinen elektrischen Widerstand getestet. Dieser Widerstand fiel bei 220 °C stark ab, was auf Supraleitung hindeutet. Sie wiesen auch ein teilweises magnetisches Schweben nach, eine charakteristische Eigenschaft von Supraleitern, den so genannten „Meissner-Effekt“.
Skeptiker haben behauptet, dass das in der Arbeit gezeigte partielle magnetische Schweben nur eine Illusion ist, die von einem anderen Magneten außerhalb des Bildes erzeugt wird, was darauf hindeutet, dass das Objekt nicht vollständig schwebt. Die Forscher sagen, dass die partielle Levitation auf Unvollkommenheiten im LK-99-Material zurückzuführen ist, wo Teile der Substanz in einem supraleitenden Zustand sind, während andere Teile dies nicht sind.
Das partielle Schweben von LK-99. Bild: Sciencecast
Die spärlichen Angaben zu den Versuchsbedingungen sind ein wesentlicher Streitpunkt. Es gab bereits früher Behauptungen, dass Supraleitung bei Raumtemperatur möglich sei, die jedoch später wieder dementiert wurden. Das Wissenschaftsmagazin Science berichtet, dass sich andere Forscher nun darum bemühen, LK-99 unabhängig voneinander zu reproduzieren.
„Sie wirken wie echte Amateure“, sagte Michael Norman, ein Theoretiker am Argonne National Laboratory, gegenüber Science. „Sie wissen nicht viel über Supraleitung und die Art und Weise, wie sie einige der Daten präsentiert haben, ist fragwürdig.“
Nadya Mason, eine Physikerin für kondensierte Materie an der University of Illinois Urbana-Champaign, sagte: „Die Daten scheinen ein wenig schlampig zu sein.
Diskussion und Debatte
Das Thema hat die Wissenschaft auf Twitter tagelang in Atem gehalten, und viele Forscher – und Möchtegern-Forscher – haben ihre Meinung dazu geäußert.
Eine Wissenschaftlerin – Sinéad M. Griffin von den Berkeley Labs – hat einen Supercomputer des US-Energieministeriums angezapft, um Simulationen durchzuführen, von denen ein Ingenieur sagt, dass sie „LK-99 als den heiligen Gral der modernen Materialwissenschaft und der angewandten Physik unterstützen“.
Ergebnisse des Nationalen Labors (LBNL) unterstützen LK-99 als Supraleiter bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck.
Simulationen, die vor 1 Stunde auf arxiv veröffentlicht wurden, unterstützen LK-99 als den heiligen Gral der modernen Materialwissenschaft und angewandten Physik.
(https://t.co/4t4D2gIeBp)Hier ist das Klartext-Englisch… pic.twitter.com/mQNQuO4TFu
– Andrew Côté (@Andercot) August 1, 2023
In der Zwischenzeit dokumentierte eine russische Bodenwissenschaftlerin namens Iris Alexandra, die als „Anime-Katzenmädchen“ bezeichnet wird, ihre Versuche, die Ergebnisse der Studie in ihrer Küche zu reproduzieren.
Die mit Abstand interessanteste Figur in dem LK99-Drama ist @iris_IGB Sie kocht in ihrer Küche Physik der kondensierten Materie, umgeht Geschlechterstereotypen, fördert Anon-Anime-Pfps, unterstützt Russland und den Kommunismus und verpasst Fanbois und Hatern gleichermaßen heftige Ohrfeigen.
– NirSD (@nirsd) August 1, 2023
Kontroversen gibt es auch um die Umstände der Veröffentlichung der Arbeit. Mitautor Hyun-Tak Kim von der William & Mary Universität sagt, dass eines der beiden Preprint-Papiere ohne Genehmigung veröffentlicht wurde und „viele Fehler“ enthält. Andere, wie Alex Kaplan von der Princeton University, vermuten, dass die Autoren sich darauf konzentrierten, einen prominenten Co-Autor für die Arbeit zu gewinnen, was die überstürzte Veröffentlichung erleichterte.
Die Umstände deuten also darauf hin, dass Lee und J. Kim die Hauptmitarbeiter waren, wobei es ein externes Gerangel um den dritten Autor gab. Kwon könnte in der Eile, so schnell wie möglich zu veröffentlichen und seinen Platz auf der Auswahlliste zu sichern, Kim verdrängt haben. Die Eile würde vieles erklären. https://t.co/OxH5J47f4U
– Alex Kaplan (@alexkaplan0) Juli 27, 2023
Die Aussicht auf Supraleiter bei Raumtemperatur fasziniert Wissenschaftler schon lange wegen ihres revolutionären Potenzials. Verlustfreie Stromnetze, schnellere Züge, kompakte Fusionsreaktoren, hocheffiziente Elektronik und andere wissenschaftliche und technologische Höhenflüge könnten Wirklichkeit werden.
Doch frühere Behauptungen sind bei näherer Betrachtung zusammengebrochen, und die Reproduzierbarkeit hat die Supraleiterforschung seit langem in Bedrängnis gebracht.
Wenn LK-99 den Test der Zeit besteht, könnte es eine neue Ära der Innovation einläuten. Im Moment halten die Physiker in hoffnungsvoller Erwartung den Atem an, da die Ergebnisse einer Feuerprobe unterzogen werden, die von der größeren wissenschaftlichen Gemeinschaft entschieden wird. Es könnte Wochen oder Monate dauern, bis sich die geschichtsträchtige Entdeckung vom Wunschdenken unterscheidet.
