物理界炸了！21℃實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)，Nature凌晨刊發(fā)撤稿團(tuán)隊(duì)新研究，賭城現(xiàn)場被人群擠爆

魚羊 蕭簫 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI

物理學(xué)界又被扔下一枚核彈！

還是因?yàn)槟鞘铺祗@、看上去分分鐘要把諾獎斬獲馬下的四個字：

室溫超導(dǎo)。

并且這次，來自羅徹斯特大學(xué)的Ranga Dias團(tuán)隊(duì)，給出的結(jié)果壓強(qiáng)更低，臨界溫度更高：

新材料在約21℃的室溫條件下，加壓到1萬個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓就會出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。

p.s. 人類已經(jīng)可以在5-6萬個大氣壓下合成鉆石。

在拉斯維加斯，最新成果的發(fā)布現(xiàn)場，小小報告廳里擠滿了各路物理大牛。包括高溫超導(dǎo)先驅(qū)朱經(jīng)武教授，以及此前一直在質(zhì)疑室溫超導(dǎo)的日內(nèi)瓦大學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)家Dirk van der Marel。

而在報告廳外，更是擠滿了大批未能入場的物理學(xué)研究者，以至于保安需要不斷驅(qū)散人群，防止消防隱患。

就在今天凌晨，Nature還正式發(fā)表了Dias團(tuán)隊(duì)的新論文。時間戳顯示，這篇論文在2022年8月投出，今年1月18日被Nature接收。

這事為何如此受關(guān)注？

畢竟如果室溫超導(dǎo)成真，那么超導(dǎo)磁體相關(guān)研究，如粒子對撞機(jī)、可控核聚變、量子計(jì)算機(jī)等，都將獲得新突破，還能降低我們?nèi)粘Ｉ钪须娏鬏敁p耗的問題……總之是物理層面巨大的突破。

消息傳開，全球都炸鍋了。

相關(guān)問題直接連夜沖上知乎熱搜第一。

Reddit上，這一話題的熱度也是隔幾分鐘就往上竄一竄。

狀態(tài)嘛，就是一整個興奮期待又充滿猶疑。

興奮的是，盡管1GPa的壓力值仍然很高（約為1萬個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），但在物理學(xué)中，已經(jīng)是從高壓到近常壓的重大突破。

猶疑的是，事情很大條，但研究團(tuán)隊(duì)有黑歷史——去年10月，該團(tuán)隊(duì)登上Nature封面的“首個室溫超導(dǎo)體”論文，被Nature強(qiáng)制撤稿。

原因是Nature認(rèn)為Dias他們的數(shù)據(jù)處理方式有問題。并且其實(shí)驗(yàn)結(jié)果也一直未能被成功復(fù)現(xiàn)。

這位老哥又搞啥大新聞？

不管怎么說，咱們還是先來看一下這枚“核彈”究竟包含哪些內(nèi)容。

美國物理學(xué)會年會（APS）現(xiàn)場，科普了好幾分鐘超導(dǎo)發(fā)展史后，Ranga Dias突然拿出重頭戲——團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的又雙叒一個室溫超導(dǎo)新材料。

這種材料由镥-氮-氫?（Lu-N-H）構(gòu)成，它最爆炸的點(diǎn)在于，超導(dǎo)現(xiàn)象不僅能在21℃的室溫條件下實(shí)現(xiàn)，壓強(qiáng)還從上百GPa降低到了1GPa。

原本Nature那篇（撤稿的）論文介紹的新材料由氫-硫-碳組成，宣稱在15℃、267GPa壓強(qiáng)條件下，實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)，當(dāng)時已經(jīng)震驚了一眾人。

另外，就連合成金剛石都需要5GPa壓強(qiáng)和1400℃高溫……

當(dāng)然，1GPa仍然不是一個小數(shù)目，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的10000倍（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓約為101.325kPa）。

Ranga Dias在會議摘要中更是宣稱：

有了這種材料，近常壓超導(dǎo)和應(yīng)用技術(shù)的黎明已經(jīng)到來。

這種材料是怎么做出來的呢？

團(tuán)隊(duì)先是從镥和氫的化合物上入手，測量了一通數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在加入一點(diǎn)氮后，材料達(dá)成超導(dǎo)條件所需的溫度數(shù)值變高了，最終合成了這種室溫超導(dǎo)材料。

所以，團(tuán)隊(duì)如何判斷自己的材料達(dá)到了超導(dǎo)條件？

理論上來說，仍然得靠兩個效應(yīng)判斷。

一個是完全抗磁性，又稱邁斯納效應(yīng)，能讓超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，及超導(dǎo)體排斥體內(nèi)的磁場。這種特性最大的用途是用來做磁懸浮。

另一個則是零電阻效應(yīng)，指的是某種材料在常溫時是導(dǎo)體、半導(dǎo)體甚至絕緣體，但當(dāng)溫度下降到某一特定值時，它的直流電阻突然下降為零。

通常用邁斯納效應(yīng)測量起來比較困難，不少研究用的都是零電阻效應(yīng)的判斷方法，即在某種條件下觀察到材料電阻變?yōu)?。

但具體到實(shí)驗(yàn)測量上就又沒這么簡單了。

這是因?yàn)樵诰唧w實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際能測量的合成物樣本往往非常?。ㄊ褂媒饎偸妊b置加壓時，最大的壓力只在兩個金剛石的“尖對尖”之間出現(xiàn)），導(dǎo)致測量結(jié)果可能出現(xiàn)偏差。

與此同時，測量電阻值還需要給樣品加上額外的裝置，這又會對實(shí)驗(yàn)測量精度進(jìn)一步提出要求，因此在獲取測量數(shù)據(jù)后，往往還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，來判斷材料是否達(dá)成了室溫超導(dǎo)條件。

從數(shù)據(jù)測量方法上，團(tuán)隊(duì)仍然采用了和上次相似的一種方法——使用背景減法消除嘈雜背景信號。

這是在進(jìn)行背景減法前的數(shù)據(jù)和處理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

這是團(tuán)隊(duì)測量這種材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)所需的溫度條件和壓強(qiáng)圖，其中在1GPa的時候，材料能在接近21℃的溫度條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)：

但比較奇怪的是，從上面這張圖來看，隨著壓力繼續(xù)增大，材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的溫度數(shù)值又變低了……

遺憾的是，Dias的這次分享并沒有開放現(xiàn)場提問環(huán)節(jié)。

這次新材料的測量結(jié)果和數(shù)據(jù)是否真實(shí)，還得交給學(xué)術(shù)界的研究者去仔細(xì)鑒別。

研究者爭議纏身

但正如不少網(wǎng)友所提醒的那樣，Ranga Dias其人，確實(shí)爭議纏身。

前文說到，在2020年的時候，Dias就宣布一種由氫-硫-碳三種元素組成的新材料可以實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)（15℃，267GPa）。

盡管壓力條件相較此次給出的結(jié)果，距離實(shí)際應(yīng)用更遠(yuǎn)，但作為“首個室溫超導(dǎo)成果”，這項(xiàng)研究在當(dāng)時同樣轟動了學(xué)界，還登上了Nature封面。

然而，就在這篇論文發(fā)表后的兩年間，圍繞這項(xiàng)研究，可謂爭議不斷。其他實(shí)驗(yàn)室反復(fù)嘗試，都未能復(fù)現(xiàn)結(jié)果。

2021年8月25日，一個核心爭議點(diǎn)被揪了出來：論文的磁化率數(shù)據(jù)有問題。

簡單來說，就是Dias團(tuán)隊(duì)在處理原始數(shù)據(jù)時，用特殊方法對背景噪聲進(jìn)行了去除，但在論文中卻沒有針對這一數(shù)據(jù)處理方法，給出合理的解釋。

提出h指數(shù)的理論物理學(xué)家Jorge Hirsch在驗(yàn)證數(shù)據(jù)之后，直接質(zhì)疑Dias團(tuán)隊(duì)用多項(xiàng)式曲線擬合數(shù)據(jù)“是一種捏造”，是“一場科學(xué)騙局”。

到了2022年年底，這一出造假疑云發(fā)展到高潮：Nature直接不管9位論文作者的集體抗議，強(qiáng)制撤下了他們的封面文章。

對于這一結(jié)果，Dias的團(tuán)隊(duì)顯然并不服氣。上個月，他們又在arXiv上發(fā)了篇新文章，把大家質(zhì)疑的種種數(shù)據(jù)重新測了一遍。

不過這一次，超導(dǎo)現(xiàn)象出現(xiàn)的溫壓條件有所變化：在133Gpa條件下，氫-硫-碳化合物的臨界溫度為260K，約為零下13℃。

但在爭議之中，Dias卻已經(jīng)為自己搞出的新材料成立公司，基于現(xiàn)有研究成果來開發(fā)商用室溫超導(dǎo)體。

除了這事兒外，Dias老哥博士后期間發(fā)表的一篇論文也惹出過麻煩。

當(dāng)時，他所在的哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)宣布合成出了首個金屬氫，論文發(fā)表在Science上。Dias正是該論文的第一作者。

離譜的是，論文發(fā)表后，研究團(tuán)隊(duì)稱由于操作失誤，該金屬氫樣本已經(jīng)損毀或消失。

“還需等同行復(fù)現(xiàn)”

對于這次新成果，不同的網(wǎng)友也有不同的看法。

有一批網(wǎng)友已經(jīng)嗨了：

要是室溫超導(dǎo)真的實(shí)現(xiàn)，意味著包括可控核聚變、量子計(jì)算在內(nèi)的領(lǐng)域，全都會被新的技術(shù)顛覆。

甚至還有網(wǎng)友表示，這要是能整出來，絕對是諾獎級的研究成果。

還有網(wǎng)友已經(jīng)開始探討這種新材料的商業(yè)化落地可能性了。

但與此同時，也有不少網(wǎng)友發(fā)現(xiàn)了這里面的問題，整體抱持一種謹(jǐn)慎態(tài)度。

一方面，有網(wǎng)友已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這個老哥黑歷史比較多：

另一方面也有網(wǎng)友表示，對于這類研究，最好還是等一等同行復(fù)現(xiàn)的結(jié)果：

這次結(jié)果仍然只是一家之言，而不是同行評議的結(jié)果。

而量子位一位不愿透露姓名的南大凝聚態(tài)物理碩士已經(jīng)表示：

論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05742-0

參考鏈接：
[1]https://www.zhihu.com/question/588302961
[2]https://www.reddit.com/r/science/comments/11lsyt6/researchers_claim_to_have_squeezed_room/
[3]https://meetings.aps.org/Meeting/MAR23/Session/K20.2