Levitující vlaky, dokonalé dráty. Korejci tvrdí, že mají „normální“ supravodič

Vodiče, ve kterých se žádná elektřina neztratí, vlaky, které se vznášejí nad kolejemi, elektromagnety, které jednou zapnete, a ať je necháte zapnuté hodiny, dny, či týdny, nespotřebují ani trochu elektřiny navíc. To vše a mnohem víc by mohl přinést objev, o který fyzikové zatím marně usilují už více než století: objev materiálu, který by dokázal vést elektřinu úplně bez odporu i za běžných teplot.

Autorům by nalezení „supravodiče za pokojové teploty“ nepochybně přineslo Nobelovu cenu a velmi pravděpodobně i značné bohatství. Zároveň by umožnilo zásadně vylepšit řadu používaných technologií a způsobit zrod celé řady dalších, z velké části dnes nepředvídaných, vědeckých a technických novinek.

Zatím bylo k takovému cíli poměrně daleko. Při teplotách v samé blízkosti absolutní nuly známe supravodičů dost. Od 80. let se postupně podařilo vytvořit a začít vyrábět materiály, které jsou supravodivé při teplotách i nad -200 °C. K jejich chlazení tak už není nutné extrémně drahé héliové chlazení, stačí mnohem levnější kapalný dusík. Ale k „pokojové“ teplotě pořád notný kus chyběl, i když další a další objevy z této vzdálenosti postupně ukrajovaly stupeň po stupni.

Ovšem 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.

Autoři 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. V měřeních autorů se zmenšil jeho objem o 0,5 procenta, což je v poměrech podobných jevů poměrně 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.

Zatím jde ovšem spíše o spekulaci, oslovení odborníci nepovažují autory předložené důkazy za úplně přesvědčivé. Vysvětlení tohoto jevu lze také získat zpětně, důležitější ovšem bude, zda se podaří i v jiných laboratořích naměřit supravodivost při vysokých teplotách. A bohužel v tomto ohledu platí, že dokud se neprokáže opak, je lepší být skeptický.

Opatrnost se doporučuje zaprvé proto, že kolem práce jsou určité nejasnosti. Jak jsme uváděli, na internetu se objevily dvě práce najednou na stejné téma. Už to samo o sobě je zvláštní – proč psát stejnou věc dvakrát? Minimálně jedna z nich zřejmě byla zveřejněna bez souhlasu části autorů, tedy minimálně jednoho autora osloveného časopisem New Scientist. Údajně proto, že tento článek obsahuje „řadu chyb“. Překlepů a dalších formálních nedostatků) je v něm přehršel, což ve vědeckých textech opravdu není zvykem.

Zadruhé autoři z nějakého důvodu už výsledek vydali v jednom korejském vědeckém časopise v dubnu letošního roku. Ve chvíli, kdy se pokusí článek vydat v nějakém opravdu prestižním odborném časopise, to může být velký problém. Pro další publikaci to rozhodně není výhoda.

V práci také chybí jeden důležitý údaj, který byste asi u vysokoteplotního supravodiče čekali: maximální teplota, při které se v něm ještě projevuje supravodivost. Text uvádí, že látka je supravodivá při teplotách „nad 400 K“, tedy nad 127 °C. Ale maximální teplotu neuvádí. Podle jiných odborníků to může být dáno použitým laboratorním vybavením, které nad touto teplotou prostě nepracuje, jde ale o nečekané opomenutí.

Překvapivé je i to, jak starý objev vlastně je. Podle poznámky ve zmíněné korejské práci z dubna letošního roku číslice v označení látky, tedy LK-99, vyznačuje rok objevu. Materiál tedy měl být objeven v roce 1999, ale z nějakého důvodu autorům jeho speciální vlastnosti přes 20 let zřejmě unikaly. Neznáme ovšem detaily události, může to mít nějaké zcela logické vysvětlení.

Některá měření také nejsou úplně přesvědčivá. Supravodič má mít nulový odpor, ale naměřený odpor materiálu se blíží spíše nule. Pohybuje se v těsné blízkosti nulové hodnoty.

Je to vidět i na snímku levitujícího vzorku LK-99 v jedné ze zveřejněných prací. Supravodivé materiály lze totiž jednoduše donutit k tomu, aby se doslova vznášely nad přiloženým magnetem. Doslova nad ním levitují, aniž by pro to bylo nutné něco dělat. V případě LK-99 je na snímku jasně vidět, že se jedna část vzorku vznáší a druhá nikoliv.

„To, stejně jako třeba nestejnorodá barva vzorku na fotografiích v práci, naznačuje, že není homogenní, tedy jednolitý,“ říká Stanislav Kamba z Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky. Jinak řečeno, vzorek by mohl obsahovat nějaký supravodivý materiál, ale ve směsi s jinou látkou, která nemá stejné vlastnosti. I další experti oslovení zahraničními médii se obávají, že část měření, které má dokládat supravodivost, může být zkreslena třeba právě různými příměsemi v látce.

Navíc je bohužel pravdou, že tvrzení o existenci supravodičů při vysokých teplotách se neobjevují poprvé. A zatím se je nikdy nepodařilo prokázat. Téma „supravodič při pokojové teplotě“ má vlastní heslo na Wikipedii, které obsahuje hned několik případů podobných nakonec neprokázaných „objevů“ z posledních desetiletí.

Není nutné přitom chodit ani příliš daleko, máme jeden příklad úplně nedávný. V roce 2020 skupina z University of Rochester, vedená fyzikem Rangou Diasem, 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 hlavně to, že materiál byl supravodivý i při teplotách kolem 15 stupňů.

Téměř okamžitě po vydání si několik odborníků všimlo nezvyklých hodnot v údajích, které byly použity k ověření reakce materiálu na magnetické pole. Když Dias a jeho spolupracovník Ashkan Salamat, fyzik z Nevadské univerzity v Las Vegas, o rok později zveřejnili svá nezpracovaná data v podobě 149stránkového dokumentu, pokusili se tyto hodnoty vysvětlit jako důsledek použité metody na potlačení magnetického šumu. V podstatě podle nich šlo o důsledek toho, že museli měřit výsledky z extrémně malého vzorku materiálu. Museli nejprve „odečíst“ vlivy z okolí, a proto ta podivná čísla. To vše bylo v rozporu s postupem, který popsali v původním článku, a tak jej vydavatel stáhl. Což v podstatě znamená, že redakce časopisu už nemá pocit, že by za výsledek mohla ručit svou pověstí.

Stížnosti navíc přibývaly. Některé kritické hlasy tvrdí, že autoři si prostě celou řadu měření de facto vymysleli. Podle jedné matematické analýzy například část výsledků ve studii měla vzniknout v počítačové simulaci a autoři prý je jen vydávají za výsledky z měření.

Neselhala jen matematika. Skupina z německého prestižního Ústavu Maxe Plancka pro chemii, jejíž členové v roce 2015 oznámili vůbec první případ supravodivosti ve sloučenině vodíku a jiného prvku, ztratila půl roku snahou zopakovat Diasovy výsledky. „Neuspěli jsme,“ řekl pro časopis Quanta vedoucí skupiny Mikhail Eremets. Když jeho tým syntetizoval CSH a vystavil látku vysokému tlaku, u některých vzorků sice supravodivost pozorovali, ale efekt přetrvával pouze při teplotách do -73 stupňů Celsia, tedy za mnohem nižších teplot, než hlásili autoři. Supravodivých materiálů při nízkých teplotách známe už dost.

Ovšem příběh tímhle fiaskem neskončil. 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 stupňů Celsia a tlaku kolem jednoho gigapascalu. To je stále velký tlak (cca desetinásobek tlaku na dně Mariánského příkopu), ale je výrazně menší než v předchozích experimentech. Materiál je sloučenina vodíku a luteciem (patří mezi tzv. „kovy vzácných zemin“) s malou příměsí dusíku.

Materiál je to hodně exotický. Vzniká tak, že se tenká vrstva lutecia „louhuje“ celé dny ve směsi vodíku a dusíku při teplotách až kolem 200 °C. Výsledný vzorek se mezi dvěma diamanty stlačil při tlaku cca dvou gigapascalů. Pak experimentátoři postupně tlak snižovali a měřili vlastnosti vzorku mezi čelistmi svého „svěráku“.

Je těžké si představit, že by se časopis jako Nature a jeho editoři nechali „nachytat“ podruhé, ale vyloučit to rozhodně nejde. Znovu bude nejlepší počkat na výsledky pokusů o zopakování experimentů v jiných laboratořích. Ovšem ty narážejí na velký problém: autoři s jinými odborníky spolupracují jen v omezené míře.

Jde přitom hlavně o peníze. Dias a Salamat založili startup Unearthly Materials, který má supravodivou látku komercializovat: „Nebudeme tento materiál distribuovat s ohledem na patentovanou povahu našeho procesu a existující práva duševního vlastnictví,“ uvedl Dias pro časopis Science (mimochodem, ten druhý z dvojice nejslavnějších vědeckých časopisů světa vedle už zmíněného Nature).

Dias s kolegy nedávno také požádali o patent na materiál hydridu lutecia, což by jim zabránilo v rozesílání vzorků. „Máme jasný a podrobný návod, jak naše vzorky vyrobit,“ řekl Dias. „Vzhledem k patentované povaze našich postupů a existujícím právům duševního vlastnictví nehodláme tento materiál distribuovat.“

Příprava nového materiálu přitom není triviální. Jde o poměrně náročný experiment se zařízením, které není v každé laboratoři. Zároveň takový experiment vlastně autorům nic nepřinese.

Ten, kdo se do ověřování pustí, bude mít určitě hodně práce s nejistým výsledkem a mizivou odměnou – za vyvrácení kolegova omylu mu výzkumná agentura žádné „body navíc“ nedá. Na podobné „šťourání“ v cizí práci se bohužel granty nevypisují.

Mnohem výše se cení nápady a myšlenky, které nějaký koncept či nápad rozvíjejí a posunují. Což vypadá naprosto logicky, ovšem lajdáci či přímo podvodníci v takovém systému mají větší šanci, že pravda o jejich práci nevyjde najevo (či alespoň ne rychle). Pochopitelně, celou řadu nesprávných výsledků odhalí jiné mechanismy, přesto se nové vědecké omyly a podvody objevují mezi vydanou vědeckou literaturou pravidelně.

V případě téměř „zázračného“ LK-99 by ovšem situace mohla být přece jen jednodušší a příznivější. I když autoři údajně budou usilovat o komercializaci a podali si žádost o uznání patentu, tajemní prý být nechtějí. Pro časopis New Scientist alespoň jeden z autorů uvedl, že vítá snahy o zopakování pokusu jinými týmy. Jakmile budou výsledky oficiálně publikovány v odborném časopise, na čemž se už pracuje, hodlá podpořit každého, kdo bude chtít látku LK-99 vyrobit a otestovat.

Velkou výhodou by mělo být i to, že materiál korejské skupiny se výrobně nezdá až tak složitý. „Příprava vypadá velmi jednoduše,“ říká Stanislav Kamba a dodává: „Diskutoval jsem to s kolegou, který nám připravuje podobné speciální keramické materiály, a myslíme si, že v principu by to bylo možné připravit třeba i v našich laboratořích.“

Máme tedy celkem velkou naději, že v tomto případě budeme pravdu znát spíše dříve než později.