Odborný svět prahnoucí po dosažení supravodivosti za pokojové teploty nedávno zaujala zpráva korejských vědců o tom, že tento „svatý grál“ rozlouskli a našli způsob, jak materiál s požadovanými vlastnostmi vyrobit. Technologie se nezdála býti příliš složitá, a mnoho světových týmů se proto jalo tvrzení kolegů prověřit.
Ve fyzice pevných materiálů se letos okurková sezóna nekonala. Na konci července skupina korejských vědců zveřejnila práce popisující materiál, po kterém fyzici marně pátrají už více než století. Skupina popisuje vytvoření materiálu, který přenáší elektřinu bez odporu, a tedy beze ztrát i bez chlazení, čili vysokoteplotní supravodič.
Práce vzbudily pozornost laboratoří z celého světa a vzhledem k tomu, že příprava materiálu nebyla příliš složitá, do pokusů o jeho replikaci se pustili odborníci z celého světa. Po několika týdnech se ovšem nikomu nepodařilo uspět, a naděje na to, že v Koreji skutečně došlo k ohlášenému revolučnímu objevu, se v tuto chvíli pohybují velmi blízko nule.
Obor malých pokroků
Supravodivost, tedy (mimo jiné) schopnost vést elektrický proud úplně bez ztrát, je známá zhruba století. Zprvu se řada fyziků domnívala, že by mohlo jít o exotickou vlastnost vyskytující se při teplotách pouze kolem absolutní nuly.
Postupně se ukázalo, že úplně exotické chování to není. Při teplotách v samé blízkosti absolutní nuly dnes známe supravodičů dost. Navíc teorie i experimenty naznačují, že zřejmě neexistuje důvod, proč by supravodiče nemohly existovat i za teplot vyšších.
Ideální by bylo samozřejmě přijít s materiálem, který vede elektřinu beze ztrát i za prakticky snadno dosažitelných teplot. To by mohlo vést k mnoha novým možnostem využití v praxi, včetně výroby a rozvodu elektřiny s menšími ztrátami a miliardovými úsporami ročně, ultrarychlých a energeticky účinných počítačových čipů a velmi výkonných magnetů, které lze použít k levitaci vlaků nebo třeba pro stavbu fúzních reaktorů.
Takzvaně vysokoteplotní supravodič fungující za běžných teplot by prostě znamenal značný technologický skok vpřed. Nobelova cena pro objevitele je prakticky stoprocentně jistá. Největší problém výboru bude spočívat jen ve výběru tří vědců z případného týmu, kteří by měli být oceněni, a co nejspravedlivěji mezi ně rozdělit odměnu.
Zatím největším praktickým úspěchem byly v roce 1986 vytvořené použitelné supravodiče, kterým stačí chlazení kapalným dusíkem (bod varu má −195 °C). To odbornou veřejnost vzrušilo natolik, že už v roce 1987 za tento objev Nobelova cena udělena byla. Na výbor pro udělování tohoto vyznamenání jde o zcela nezvyklou rychlost.
Od té doby byl pokrok poměrně pomalý. Zájem vzbudila v roce 2020 skupina z University of Rochester, vedená fyzikem Rangou Diasem. Ta v článku pro slavný a prestižní časopis Nature oznámila, že vytvořila supravodivý materiál z uhlíku, síry a vodíku (CSH). Vznikl tak, že ho stlačili mezi hroty dvou diamantů silou milionkrát převyšující atmosférický tlak. Zajímavé bylo, že materiál byl údajně supravodivý i při teplotách kolem 15 °C.
Levitace supravodiče v magnetickém poli. Na obrázku je zřetelně vidět, že v tomto případě se jedná o materiál zchlazený na velmi nízké teploty © Maria Delaney, CC BY SA 4.0
Letos v březnu Diasův tým publikoval ještě úžasnější výsledek. Znovu v Nature, který je jedním ze dvou největších vědeckých časopisů světa, a tentokrát údajně po velmi důkladné, rok trvající kontrole výsledků odbornými editory. Nová látka má vést proud bez odporu při teplotách 21 °C a tlaku kolem 1 GPa. To je pořád velký tlak (cca 10násobek tlaku na dně Mariánského příkopu), ale je výrazně menší než v předchozích experimentech. Materiál je sloučeninou vodíku a lutecia (patří mezi tzv. kovy vzácných zemin) s malou příměsí dusíku.
Bohužel, výsledky skupiny jsou poněkud sporné. Po vydání první zmíněné práce v roce 2020 si téměř okamžitě několik odborníků všimlo nezvyklých hodnot v údajích, které byly použity k ověření reakce materiálu na magnetické pole. Autoři poskytli vysvětlení, které ovšem bylo v rozporu s postupem, který popsali v původním článku. Stačilo to nakonec k tomu, že vydavatel text stáhl. To v podstatě znamená, že redakce časopisu už nemá pocit, že by za výsledek mohla ručit svou pověstí. Od té doby se navíc objevilo několik dalších podivností. Podle jedné matematické analýzy například část výsledků ve studii měla vzniknout v počítačové simulaci a autoři prý je jen vydávají za výsledky z měření.
I pokud by výsledky skupiny z Rochesteru nakonec obstály, jejich praktické využití si lze jen těžko představit. Příprava nového materiálu vyžaduje velmi vysoké tlaky, a tak není vůbec triviální. Jde o poměrně náročný experiment se zařízením, které není v každé laboratoři. Korejský objev měl být jiný.
Z čistého nebe
Dne 22. července se na internetovém serveru ArXiv, kde fyzici „vyvěšují“ své práce pro kolegy a veřejnost předtím, než je vydají v nějakém odborném časopise, objevily dvě práce, jejichž autoři zbývající vzdálenost překonali jediným velkým skokem.
Skupina korejských autorů v textech uvádí, že jimi vytvořená krystalická látka, obsahující především olovo, fosfor, kyslík a měď, je supravodivá i při teplotách nad 100 °C. Práce spekulují, že příčinou supravodivosti je částečné nahrazení olova v krystalické mřížce mědí. Měď je velmi zjednodušeně řečeno o něco „menší“. Když tedy chemickou reakcí dokázali vyšoupnout část atomů olova z materiálu a místo nich dosadit měď, celý materiál se doslova srazil. Podle měření autorů se zmenšil jeho objem o 0,5 %, což je v poměrech podobných jevů docela velká hodnota.
Celý materiál je ale najednou doslova silně stlačený, protože prostě obsahuje trochu jiné „cihly“ než původně. Změna není tak veliká, aby se zhroutil, ale podle autorů by mohla stačit na to, aby se látka chovala zcela jinak — jako supravodič.
Zajímavostí bylo, že podle prací vlastně nešlo o nový objev. Podle jedné poznámky číslice v označení látky, kterou autoři nazvali LK-99, vyznačuje rok objevu. Materiál tedy měl být objeven už v roce 1999, ale z různých důvodů vědci od jeho výzkumu v následujících letech zcela upustili: někteří z oboru zcela odešli, další se věnovali jiným aspektům fyziky… Týmu především chybělo financování další práce. Změnilo se to až v posledních zhruba pěti letech, i tak ale výzkum pokračoval jen s velmi omezenými prostředky, a tedy pomalu.
V Asii, ale nejen tam, ovšem publikace vzbudila mezi odborníky ohromný zájem. K tomu nepochybně přispěla prezentace jednoho z autorů na mezinárodní odborné konferenci v Koreji 28. července. Zájem mezi kolegy i laickými fanoušky fyziky a technologií byl ohromný. Odborníci, tedy především specialisté na fyziku pevných látek, byli ovšem od začátku obecně skeptičtější. Řada z nich upozorňovala na to, že pečlivě proměřit vlastnosti podobného materiálu není tak samozřejmé, jak by se laikům mohlo zdát.
Protože korejským týmem zveřejněný postup byl relativně jednoduchý, během posledních zhruba dvou týdnů se laboratoře na celém světě, včetně minimálně dvou českých, pokoušely materiál připravit a změřit jeho vlastnosti. Někteří výzkumníci, například z Číny, ale i jiných zemí, dokonce své pokusy o zopakování výsledku vysílali živě na internetu.
Než ale experimentální fyzici dokázali doslova roztopit své pece a materiál připravit, objevily se na stejném serveru ArXiv dvě teoretické práce, které se podrobněji zabývaly korejským týmem publikovanými rentgenovými snímky materiálu. Na základě těchto záběrů se pak vědci pokusili vytvořit matematický model materiálu. Práce dospěly k závěru, že by materiál na základě současných znalostí skutečně mohl být supravodičem.
Což byl pochopitelně povzbudivý signál pro další odborníky a laboratoře. Týmů, které se pustily od opakování experimentů, přibylo a zájem médií i laiků rostl — ale jen proto, aby zase rychle ochladl.
Pestrá směska
Ukázalo se, že experti v tomto případě byli skeptičtí po právu. Jiné laboratoře totiž korejské výsledky zatím nedokázaly napodobit. První výsledky byly možná ještě rozporuplné, například výsledek týmu z čínského Nankingu, podle kterého vykazoval LK-99 supravodivé vlastnosti při velmi nízkých teplotách. V prvních dvou srpnových týdnech se ovšem postupně objevilo hned několik výsledků z dobrých laboratoří, které zvyšují pravděpodobnost, že šlo prakticky o planý poplach.
Velmi přesvědčivé jsou podle odborníků dvě práce týmů z Pekingu. Aktivní role čínských týmů není dána jen geografickou blízkostí ke Koreji, ale i tím, že Čína je „továrnou světa“ a jako taková potřebuje dobrý materiálový výzkum. Podobné výsledky mělo i měření vzorků materiálu v dalších týmech, třeba na University of Southern California.
Podle těchto výsledků mohla být supravodivost jen zdánlivá. LK-99 se ukázal být pestrou směsí různých materiálů, které dohromady dávají poněkud matoucí obraz jejích vlastností.
Některé kousky vytvořeného materiálu například obsahovaly malé příměsi železa, které způsobovaly, že reagoval na vnější magnetické pole a některé vzorky částečně levitovaly nad magnety. Náhlý pokles odporu materiálu by zřejmě mohla docela dobře vysvětlovat zjištěná přítomnost sulfidu měďného (Cu2S). U něj při určité teplotě došlo k náhlému poklesu odporu, který se mohl zdát jako supravodivost. Ale i když odpor materiálu výrazně klesl, v měřeních většiny týmů nikdy nebyl nulový (s výjimkou zmíněného výsledku za velmi nízkých teplot).
V současnosti tak „skeptici“ mají nejen měření, která supravodivost nepotvrzují, ale také vysvětlení, proč si korejský tým mohl myslet, že má v ruce supravodič. Není to definitivní důkaz, ale dokázal například přesvědčit na chvíli poblázněné korejské investory. Část z nich zjevně podlehla „supravodičové horečce“. Nakupovali ve větších objemech akcie firem, které mohly z případného objevu skutečně profitovat, i tituly, které s ním neměly vůbec nic něco společného, ale dojem vyvolával například jejich název.
Autoři původních prací by mohli situaci pochopitelně ještě zvrátit, kdyby přesvědčivě předvedli, že jejich materiál supravodivé vlastnosti opravdu má. Asi nejjednodušším řešením by bylo poskytnout vzorky k nezávislému měření do jiných laboratoří.
To se bohužel zatím nestalo. Podle některých informací snad s autory spolupracuje Korejská společnost pro supravodivost a kryogeniku, která slibuje vlastní nezávislý audit výsledků. V současné době by bylo ovšem velkým překvapením, kdyby proces skončil jinak než negativně.