- Menanggapi klaim superkonduktor suhu dan tekanan ruang dari tim peneliti Korea di Quantum Energy Research Centre, beberapa kelompok riset termasuk Argonne National Laboratory telah mulai melakukan eksperimen replikasi, tetapi para fisikawan merespons dengan hati-hati karena detail makalah dan kualitas datanya
- Dua preprint yang belum ditinjau sejawat yang diunggah ke arXiv pada 22 Juli mengklaim bahwa material berbasis timbal, oksigen, dan fosfor yang didoping tembaga dapat mengalirkan arus tanpa hambatan hingga setidaknya 400K pada tekanan normal
- Dasarnya adalah data yang menunjukkan hambatan nol dan penolakan medan magnet sebagai indikasi superkonduktivitas, tetapi beberapa pakar menilai cara penyajian data kurang rapi dan penjelasan fisiknya belum memadai
- Skeptisisme berfokus pada fakta bahwa bahan awalnya, apatit timbal, adalah mineral nonkonduktif, substitusi tembaga sulit mengubah sifat listriknya secara drastis, dan atom timbal yang berat dapat mengganggu pembentukan pasangan elektron
- Tolok ukurnya adalah apakah hasilnya bisa direplikasi; apatit timbal sendiri merupakan material yang sudah dikenal, tetapi sintesis padatan bertahap skala kecil selama 4 hari tidak sesederhana reaksi di media sosial
Klaim superkonduktor suhu dan tekanan ruang dan persaingan replikasi
- Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim, dan rekan-rekan dari Quantum Energy Research Centre di Korea mengunggah dua preprint terkait ke arXiv pada 22 Juli
- Klaim utamanya adalah bahwa material berbasis timbal, oksigen, dan fosfor yang didoping tembaga menunjukkan superkonduktivitas pada tekanan normal, hingga setidaknya 400K, lebih tinggi dari titik didih air
- Jika benar, ini bisa menjadi penemuan besar dalam fisika materi terkondensasi dan terkait dengan kemungkinan teknologi seperti kendaraan levitasi dan jaringan listrik yang sangat efisien
- Namun, makalah tersebut kekurangan detail sehingga banyak fisikawan skeptis terhadap data dan cara penyajiannya
- Beberapa kelompok riset, termasuk Argonne National Laboratory, sudah membuat material ini dan mencoba eksperimen replikasi
Mengapa superkonduktor penting
- Superkonduktor adalah material yang dapat menghantarkan arus tanpa hambatan listrik
- Elektromagnet besar pada peralatan MRI dibuat dari kabel superkonduktor, dan karena arus mengalir tanpa hambatan, medan magnet kuat dapat dihasilkan tanpa pemanasan atau konsumsi energi yang sangat besar
- Superkonduktor digunakan di berbagai bidang, mulai dari filter frekuensi untuk komunikasi nirkabel hingga akselerator partikel
- Dalam padatan kristalin biasa, elektron tidak dapat bergerak dengan mudah karena bertumbukan dengan atom-atom kisi yang bergetar
- Beberapa material pada suhu yang cukup rendah membentuk pasangan elektron yang terikat longgar, dan getaran kisi pada suhu rendah tidak cukup kuat untuk memecah pasangan ini sehingga elektron dapat bergerak tanpa gangguan
Konteks superkonduktor konvensional dan superkonduktor suhu tinggi
- Berbagai logam unsur dan paduan seperti timbal, merkuri, niobium, dan timah menjadi superkonduktor jika didinginkan mendekati nol mutlak
- Pada 1950-an, para fisikawan menjelaskan bahwa getaran kisi pada superkonduktor konvensional berperan sebagai perekat yang membentuk pasangan elektron
- Pada 1980-an, dipastikan bahwa senyawa kompleks yang mengandung lapisan tembaga dan oksigen menunjukkan superkonduktivitas hingga 133K
- Setelah itu, ditemukan pula bahwa senyawa dengan lapisan besi dan arsenik dapat menunjukkan superkonduktivitas pada suhu yang hampir serupa
- Belakangan, juga ada klaim kontroversial bahwa senyawa yang mengandung hidrogen, sulfur, dan karbon menunjukkan superkonduktivitas suhu ruang pada tekanan tinggi
Bukti yang diajukan tim peneliti Korea
- Preprint tersebut mengklaim bahwa material yang tersusun dari unsur umum timbal, oksigen, dan fosfor menjadi superkonduktor ideal ketika “seasoned” atau didoping dengan tembaga
- Jika klaim itu benar, sampel yang dibuat dengan cara dipanggang dapat tetap mengalirkan arus tanpa hambatan bahkan saat diletakkan di meja laboratorium pada suhu dan tekanan ruang
- Tim peneliti menyajikan data yang menunjukkan hambatan menjadi 0, bersama data yang tampak memperlihatkan material menolak medan magnet
- Penolakan medan magnet dianggap sebagai tanda penting dalam menilai superkonduktivitas
- Preprint tersebut belum melalui tinjauan sejawat, dan tim peneliti tidak menanggapi permintaan komentar dari Science
Mengapa para fisikawan meragukannya
- Michael Norman menilai para penulis makalah tampak tidak terlalu memahami superkonduktivitas, dan beberapa cara penyajian datanya juga mencurigakan
- Masalah pertama adalah bahwa material sebelum didoping, apatit timbal, bukan logam melainkan mineral nonkonduktif
- Itu dinilai bukan titik awal yang menjanjikan untuk membuat superkonduktor
- Masalah kedua adalah bahwa struktur elektron atom timbal dan atom tembaga mirip, sehingga mengganti sebagian timbal dengan tembaga sulit mengubah sifat listrik secara drastis
- Norman mengibaratkannya dengan mengatakan, “kalau mulai dari batu, hasilnya seharusnya tetap batu”
- Masalah ketiga adalah bahwa atom timbal sangat berat, sehingga dapat menekan getaran kisi dan membuat pembentukan pasangan elektron menjadi lebih sulit
- Nadya Mason menilai positif bahwa tim peneliti memperoleh data yang relevan dan menyajikan teknik pembuatannya dengan cukup jelas, tetapi data itu sendiri dinilainya agak kasar
Mekanisme yang diusulkan dan pertanyaan yang tersisa
- Makalah tersebut tidak memberikan penjelasan yang kokoh tentang fisika yang bekerja di dalam material itu
- Tim peneliti menduga bahwa doping sedikit mendistorsi rantai atom timbal panjang yang terbentuk secara alami, dan superkonduktivitas mungkin muncul sepanjang kanal satu dimensi ini
- Norman menganggap klaim ini mengejutkan karena sistem satu dimensi pada umumnya tidak menghasilkan superkonduktivitas
- Ketidakteraturan yang muncul akibat doping juga menjadi pertanyaan lain, karena seharusnya makin menekan superkonduktivitas
- Mason mengatakan Lee dan Kim mengusulkan bahwa mungkin ada pola seperti gelombang muatan di dalam rantai tersebut, dan pola muatan serupa juga pernah diamati pada superkonduktor suhu tinggi
Eksperimen replikasi menjadi penentu
- Pertanyaan intinya adalah apakah kelompok peneliti lain dapat mereplikasi hasil pengamatan yang sama
- Norman menilai karena apatit timbal adalah material yang sudah dikenal, kelompok lain juga semestinya bisa mensintesisnya
- Namun, proses sintesisnya tidak sesederhana yang digambarkan sebagian reaksi di media sosial
- Jennifer Fowlie menyoroti bahwa “sintesis padatan bertahap skala kecil selama 4 hari” diperlakukan seolah-olah pekerjaan yang anehnya mudah
- Para fisikawan diperkirakan akan menguji klaim ini dengan sangat cepat
- Norman berkata, “kalau ini benar, kita akan tahu dalam seminggu”
1 komentar
Opini Hacker News
Sangat keren bahwa penerbit sains sama sekali tidak terlibat dalam seluruh proses ini. Makalahnya diunggah ke arXiv, kontroversi muncul, dan sekarang laboratorium nasional sedang meninjaunya, semuanya berjalan tanpa pengajuan ke jurnal akademik
Jurnal awalnya dimulai untuk mendistribusikan hasil riset dengan lebih baik daripada cara peneliti saling berkirim surat. arXiv bagus untuk peer review, dan karena risetnya benar-benar terbuka, rekan sejawat bisa meninjaunya, bukan berada di balik paywall
Lebih jauh lagi, memakai OpenReview akan bagus karena diskusinya bisa dilacak, tetapi siapa pun yang pernah merilis riset sebagai open source tahu bahwa pertanyaan seperti “modelnya sudah dilatih, tapi bagaimana cara mengujinya?” atau “bagaimana memperbaiki error memori CUDA habis?” bisa membanjir dan cepat menjadi berantakan. arXiv dan preprint juga merupakan arena peer review
Eksperimen dan proses itu sulit dan sangat rewel. Seolah-olah kita berharap membuat material skala nano lewat proses makroskopis, dan kimia kadang terasa seperti membuat microchip dengan palu ball-peen. Kira-kira seperti, “pukul 70 kali selama 30 detik dalam 3,8 mL aseton, maka terbentuk struktur kristal tunggal. Jangan 71 kali, jangan pula 69 kali”
Ahli kimia sangat ahli menjelaskan prosedur dengan jelas, tetapi sekaligus melewatkan detail inti yang tampak tidak penting dan bisa memakan waktu 1–2 tahun bagi eksperimentalis terampil untuk menemukannya. Lagi pula, prosedur kali ini juga tidak tersusun dengan jelas
Skenario terbaiknya adalah para amatir yang bersemangat mencoba menyintesis materialnya, lalu kita mengamati hasilnya bekerja kurang sempurna dari yang dimaksudkan. Setelah itu, layak bertaruh pada ketekunan dan ketelitian untuk mengulang hal yang sama selama 5 minggu, 10 minggu, 150 minggu, demi memastikan apakah masalahnya berasal dari alam atau dari teknik
Saya tidak bermaksud mengatakan kali ini kegagalan yang sama, tetapi 34 tahun lalu prosesnya berjalan lewat konferensi pers dan peredaran draf, bukan arXiv
Saya sangat skeptis, tetapi saat berurusan dengan fenomena yang tampak seperti kebetulan, verifikasi klaim asli lebih penting daripada replikasi itu sendiri
Peralatan dan personel dari laboratorium independen harus dikirim ke lokasi, atau sampel material dikirim ke laboratorium independen untuk diverifikasi. Jika keajaiban itu nyata, seharusnya bisa dilakukan analisis material seperti spektroskopi dan difraksi sinar-X serta berbagai pengujian lain
Bisa jadi ini adalah kecelakaan ketika kontaminasi tertentu akibat kelalaian memenuhi semua kondisi sehingga tampak seperti superkonduktor, dan dalam kasus seperti itu orang lain mungkin tidak bisa mereplikasinya dengan mudah
Transformasi Jekyll yang tidak disengaja makin sering terjadi dan membutuhkan lebih banyak serum untuk membalikkannya, hingga akhirnya garam yang dipakai untuk serum habis dan batch yang dibuat dari stok baru tidak berfungsi. Jekyll menduga bahan aslinya mungkin mengandung impuritas yang memberi efek
https://en.wikipedia.org/wiki/Jekyl_and_Hyde#Plot
Orang-orang tampaknya merasa material ini cukup mudah dibuat, tetapi bagaimanapun kalau ada sampelnya, kita bisa memastikan apakah ia memiliki sifat yang diklaim dan menganalisis ia tersusun dari apa
Meski saya tidak sepenuhnya tahu apa yang sebenarnya mungkin dilakukan di laboratorium fisika zat padat, dengan lab dan peralatan yang tepat, membuat material ini tidak terlihat sangat mengerikan sulitnya. Semoga kita segera tahu mana yang benar
Jika tidak bisa dibuat untuk kedua kalinya, persoalannya selesai. Mengulang semuanya akan memakan banyak waktu dan uang, tetapi seluruh Bumi tampaknya siap menyediakan sumber daya yang diperlukan
Bagian yang relevan dari artikel ini hanyalah kalimat bahwa “para peneliti di Argonne dan tempat lain sudah mencoba mereplikasi eksperimen, dan orang-orang di sini menanggapinya serius serta mencoba menumbuhkan material ini”
Judul yang diajukan adalah judul yang banyak diedit, dan sama sekali tidak berarti ada upaya terorganisasi di Argonne
Justru ungkapan “menanggapinya serius” lebih kuat, sedangkan judul yang diajukan sedikit lebih tidak menjual berlebihan
Judulnya mengambil bagian inti dari artikel, dan itu gaya yang umum di HN. Subjudulnya hanya berisi hal yang sudah diketahui, yaitu “ada banyak skeptisisme”. Setidaknya bagi sebagian orang termasuk saya, fakta bahwa laboratorium pemerintah AS yang sah sedang menelitinya adalah hal baru, dan itulah nilai beritanya
Bagian ketika Norman mengeluhkan bahwa atom timbal terlalu berat tampaknya tidak cocok dengan komposisi superkonduktor lain yang sudah dikenal. Sejauh yang saya tahu, superkonduktor oksida tembaga yang paling banyak digunakan adalah BSCCO, dan itu juga dipakai pada jalur listrik superkonduktor pertama di dunia
https://en.wikipedia.org/wiki/Holbrook_Superconductor_Projec...
Klaim bahwa “karena atom timbal dan tembaga memiliki struktur elektron yang mirip, mengganti sebagian atom timbal dengan atom tembaga seharusnya tidak banyak memengaruhi sifat listriknya” juga aneh. Ion timbal(II) yang diklaim memiliki jumlah elektron genap, sedangkan tembaga(II) ganjil. Jika yang ada adalah tembaga(I), muatannya sendiri berbeda. Untuk didengar dari seorang fisikawan, logikanya sangat membingungkan
Selain itu, bagian bahwa “timbal apatit yang tidak didoping bukan logam, melainkan mineral nonkonduktif” juga tidak selaras dengan fakta bahwa superkonduktor oksida tembaga dan berbasis besi bukan logam. Sebagian bahkan merupakan isolator Mott dalam kondisi normal
Ada alasan untuk bersikap skeptis terhadap LK-99, tetapi logika ini bukan alasannya
Tampaknya ada kecenderungan di kalangan ilmuwan lain yang memandang LK-99 bukan superkonduktor, melainkan hanya diamagnet kuat
Sebagai orang yang bukan fisikawan, saya penasaran apakah itu sendiri ada gunanya. Sekilas melihat Wikipedia, material diamagnetik kuat tampaknya tidak banyak, jadi kalau ini penemuan material baru, bukankah itu bisa menjadi penemuan besar meski tidak sampai mengguncang dunia?
Ia bisa menunjukkan diamagnetisme tanpa superkonduktivitas pada skala yang dapat dimanfaatkan, dan lebih jauh lagi bisa membuka jalan untuk memodifikasi material agar memperbesar area superkonduktifnya. Tentu saja ini spekulasi murni, dan kemungkinan yang lebih besar adalah diamagnetisme “biasa” dengan cara yang sama seperti material lain, yaitu struktur di mana semua elektron partikel penyusun sampel berpasangan
Ada kritik terhadap riset aslinya, tetapi mereka tampaknya merilis materi dengan cukup serius agar replikasi lebih mudah
Nadya Mason, fisikawan materi terkondensasi di University of Illinois Urbana-Champaign, menilai positif bahwa para penulis menyajikan data yang sesuai dan menjelaskan teknik pembuatannya dengan jelas, tetapi memperingatkan bahwa datanya terlihat agak kasar
Saya menulis thread yang cukup menyeluruh tentang situasi saat ini. Agak panjang dan sulit diringkas, tetapi ada di sini
https://twitter.com/sanxiyn/status/1685094029116297216
Bantahan terhadap makalah yang ditautkan, terutama CMTC yang memberinya nilai F, sangat fatal. Satu profesor Kim dari William & Mary memang benar akademisi resmi dan memainkan peran sangat kecil, tetapi ini makin terlihat seperti hasil kerja beberapa orang eksentrik dari “Q-Centre”
Sebagian besar pekerjaan dilakukan sebelum Kim terlibat, dan namanya hanya ada di 1 dari 3 makalah yang sudah muncul sejauh ini. Itu satu-satunya benang tipis legitimasi dalam keseluruhan cerita ini, tetapi benangnya sangat tipis. Lima orang lainnya tampak aneh saja
Video EEVblog tentang kasus ini cukup lucu. Kalau belum menonton, ada di sini: https://www.youtube.com/watch?v=QHPFphlzwdQ
Melihat demo itu, rasanya memang cara yang bodoh untuk menunjukkan material ajaib, dan tidak menimbulkan kepercayaan
Saya tidak mengerti mengapa mereka tidak meminta agar sampel superkonduktor yang katanya sudah dibuat dianalisis. Semua orang hanya membicarakan replikasi dengan mengikuti resep pembuatannya, padahal buktinya ada di material jadi, bukan?
Bagi saya, poin utamanya adalah dalam 20 tahun terakhir ada kemajuan tertentu di bidang ini, sehingga klaim superkonduktivitas yang cukup mendekati suhu ruang kini tidak langsung ditolak mentah-mentah
Mungkin saat saya sudah tua dan beruban, semuanya akan bergerak dengan levitasi magnetik