「事情嚴重錯誤」:室溫超導的研究被撤回

it小付 發佈 2022-09-27T20:12:57.988001+00:00

2015 年,馬克斯普朗克化學研究所的實驗物理學家 Mikhail Eremets 及其同事報告了第一個超導氫化物:氫和硫的混合物,在巨大的壓力下,在臨界溫度 的 203 K 。


2020 年,羅切斯特大學的物理學家 Ranga Dias 和他的同事在《自然》雜誌上發表了一篇轟動一時的成果,並登上了封面。他們聲稱發現了一種室溫超導體:一種電流無摩擦地流動而無需特殊冷卻系統的材料。儘管它只是在極端壓力下鍛造的一小部分碳、硫和氫,但希望有一天這種材料會產生變體,為核磁共振成像機、磁懸浮鐵路、原子粉碎機和聚變提供無損電網和廉價磁體反應堆。

對結果的信心現在正在蒸發。周一, 《自然》雜誌 撤回了這項研究,理由是其他科學家在過去 2 年中提出的數據問題削弱了人們對迪亞斯團隊聲稱的超導性的兩個關鍵跡象之一的信心。佛羅里達大學的實驗凝聚態物理學家詹姆斯哈姆林說:「一段時間以來,人們對這一結果存在很多疑問。」 但加州大學聖地亞哥分校 (UCSD) 的理論物理學家、長期批評這項研究的豪爾赫·赫希 (Jorge Hirsch) 表示,撤回的力度還不夠。他認為這掩蓋了他所說的科學不端行為的證據。「我認為這是一個真正的問題,」他說。「你不能把它當作『哦,這是意見分歧』。」

撤回是不尋常的,因為自然編輯採取了步驟,而不是論文的所有九位作者的反對。「我們堅持我們的工作,它已經在實驗和理論上得到了驗證,」迪亞斯說。內華達大學拉斯維加斯分校的物理學家、該合作的另一位高級成員 Ashkan Salamat 指出,撤回並沒有質疑電阻的下降——這是任何超導性聲明中最重要的部分。他補充說:「我們對Nature編委會的決策感到困惑和失望。」

甚至在對稱為氫化物的超導材料類別產生興奮之際,這種材料的撤回也隨之而來,其中包括迪亞斯團隊開發的碳質硫氫化物 (CSH)。在大於地球中心的壓力下,氫被認為表現得像一種超導金屬。向氫中添加其他元素——形成氫化物結構——可以增加「化學壓力」,減少對外部壓力的需求,並使超導性在稱為金剛石砧座的小型實驗室虎鉗中達到。正如羅馬第一大學的理論物理學家 Lilia Boeri 所說,「這些氫化物是金屬氫在稍低壓力下的一種實現。」

2015 年,馬克斯普朗克化學研究所的實驗物理學家 Mikhail Eremets 及其同事報告了第一個超導氫化物:氫和硫的混合物,在巨大的壓力下,在臨界溫度(Tc ) 的 203 K (–70°C)。這遠不及室溫,但比大多數超導材料的溫度還要高。一些理論家認為,在混合物中添加第三種元素將為研究人員提供一個新的變量,使他們能夠更接近環境壓力或室溫。對於 2020 Nature論文,Dias 及其同事添加了碳,在金剛石砧室中粉碎混合物,並用雷射加熱以產生新物質。他們報導測試表明,在 288 K (15°C) 的 Tc(大約是室溫)和 267 吉帕的壓力下,電阻急劇下降,約為地球中心壓力的 75%。

但是在一個見證了許多超導主張的領域,僅僅降低電阻是不夠的。黃金標準是提供超導體另一個關鍵屬性的證據:當它們穿過 Tc 並變成超導時,它們能夠排出外加磁場。在金剛石砧座中測量這種效應是不切實際的,因此研究氫化物的實驗者經常測量一個相關的量,稱為「磁化率」。即便如此,他們也必須應對微小的電線和樣品、巨大的壓力以及來自金屬墊圈和其他實驗組件的背景磁信號。「這就像你在太陽出來時試圖看到一顆星星,」哈姆林說。

該研究的磁化率數據是導致撤回的原因。團隊成員報告說,在他們減去背景信號後出現了易感性信號,但他們沒有包括原始數據。這一遺漏讓批評者感到沮喪,他們還抱怨團隊依賴於「用戶定義」的背景——假設的背景而不是衡量的背景。但 Salamat 說,在高壓物理中,依賴用戶定義的背景是很常見的,因為背景很難通過實驗測量。

針對部分批評,Dias 和 Salamat 在 2021 年將論文發布到 arXiv 物理預印本伺服器。它包含原始敏感性數據,旨在解釋如何減去背景。「它提出的問題比它回答的要多,」康奈爾大學的量子材料物理學家布拉德拉姆肖說。「從原始數據到發布數據的過程非常不透明。」

批評其他氫化物超導性主張的煽動者赫希提出了更有力的指控。他說,迪亞斯和薩拉馬特提出的一些已發表數據可以用平滑的多項式曲線表示——這對於嘈雜的實驗室測量是不可能的。「我認為它們是捏造的,」赫希說。他還指出,與 2009 年《物理評論快報》關於高壓下銪超導性的論文中的數據存在可疑的相似性。該研究與Nature論文共有一位作者,但由於磁化率數據不準確而於去年被撤回。

在預印本中,Hirsch 一直在抨擊 Dias 的研究——如此有力,以至於在 2 月,他被暫時禁止在 arXiv 上發帖。他還向羅切斯特大學投訴,該大學在兩次調查中沒有發現任何科學不端行為的證據。本月,赫希和另一位評論家、日內瓦大學凝聚態物理學家 Dirk van der Marel發表了他們的結論,即迪亞斯研究中的易感性數據是「病態的」。Van der Marel 對Nature的撤退感到鼓舞。「很高興知道你並不是唯一一個相信某些事情是嚴重錯誤的人,」他說。

迪亞斯說,該團隊計劃在不減去任何背景的情況下將論文重新提交給《自然》 ;他說,僅原始數據就顯示了磁化率的變化。Salamat 還指出,Hirsch 和 Van der Marel 不是高壓實驗家。「我們認為他們的一些行為已經轉向人身攻擊,」他說。「我們只是不會讓人們從遠處向我們扔泥巴。」 Dias 向 Van der Marel 以及 Hirsch 的系主任和加州大學聖地亞哥分校的院長發送了「停止和終止」信函。

Eremets 說,關於 CSH,Dias 的研究可能仍然是正確的。但他至少嘗試了六次來複製結果,但都失敗了。儘管 Dias 的團隊已經分享了其實驗方案的基礎知識,但 Eremets 表示,他們在細節上沒有那麼坦率,例如他們在 CSH 混合物中使用的碳類型。博埃里同意。「有很多人更加小心,他們分享數據,分享樣本,」她說。

Salamat 說,歡迎同事們來到他們的實驗室並觀察他們的方法和協議。「我們有一個開放的政策。」 他指出了 7 月發布的CSH 複製品。然而,批評者質疑它的獨立性,因為它是由 Salamat 的小組領導的,並且包括許多與Nature論文相同的作者。

迪亞斯和薩拉馬特並沒有放慢腳步。兩人共同創立了一家名為 Unearthly Materials 的公司,以研發商用室溫超導體。在今年夏天的會議上,迪亞斯提出了新氫化物化合物的超導性聲明。儘管在這些說法發表之前他拒絕對這些說法發表評論,但他說,「我們已經從 2020 年的工作開始。」 Salamat 補充說:「我們正處於高溫超導新時代的邊緣。」

Eremets 懷疑迪亞斯的新型超導體能否經得起審查。「這怎麼可能?他接觸到的一切都會變成金子。」 但他相信,以艱苦的複製為基礎的耐心的科學工作將從可疑的說法中找出氫化物的真正前景。「科學並不害怕這些東西,」他說。「真相遲早會到來。」

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