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南京大學(xué)聞?;F隊重復(fù)實驗再次推翻美國室溫超導(dǎo)轟動性研究
最后更新: 2023-03-20 09:20:00聞?;?圖片來源:南京大學(xué)
“這個結(jié)論肯定是推翻了,毋庸置疑的?!蹦暇┐髮W(xué)超導(dǎo)物理和材料研究中心主任聞?;Α吨袊茖W(xué)報》說出這句話的時候,語氣足夠堅決。
“這個結(jié)論”,指的就是當(dāng)下大火的美國羅切斯特大學(xué)Ranga Dias團隊的室溫超導(dǎo)研究。他們宣稱自己研發(fā)的一種镥氮氫材料在近1萬個大氣壓(1GPa)下實現(xiàn)了室溫超導(dǎo)。
3月15日,聞?;F隊在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv提交了一篇包括9名作者、長達(dá)16頁的研究論文,直截了當(dāng)否定了Dias的研究結(jié)論。論文結(jié)論稱:“我們的實驗清楚地表明,從環(huán)境壓力到6.3GPa,溫度低至10K(約-263攝氏度),镥氮氫材料LuH2±xNy中不存在超導(dǎo)性?!?
這距離Dias的研究發(fā)布只有8天,如果實錘,Dias將會再次被打臉。
復(fù)刻Dias實驗
3月7日,看見Dias在美國物理學(xué)會會議上的報告結(jié)果后,聞?;⒒鹚侔才胖貜?fù)實驗,“我們的初步樣品很快出來了,后來又作了一些調(diào)整”。
為何效率如此之高?聞?;⒎Q,這是他們團隊加班加點共同努力的結(jié)果。事實上,這個復(fù)刻實驗“難度不是很大”,但是“測量起來還是有難度的”,因為需要精細(xì)的信號,而數(shù)據(jù)分析也是有難度的,幸好他們“平時有很好的積累”。
實驗并非完全復(fù)刻。聞海虎發(fā)現(xiàn),Dias給的制備樣品方案幾乎不可行,于是他們結(jié)合自己的條件,完全以新的方式進行合成并得到了镥氮氫材料。X射線衍射儀技術(shù)檢查顯示,該材料結(jié)構(gòu)與Dias的樣品幾乎一致,且能量色散X射線光譜儀分析也發(fā)現(xiàn)了氮元素。
聞海虎團隊隨即在6萬個大氣壓以下的不同壓力中,對該材料電阻進行了測量,發(fā)現(xiàn)低至10K都沒有超導(dǎo)發(fā)生。同時,他們也進行了仔細(xì)的磁化測量,發(fā)現(xiàn)沒有超導(dǎo)所需的抗磁信號。聞?;⒄f,這些發(fā)現(xiàn)足以否定Dias的常溫低壓下的超導(dǎo)結(jié)論。
因為Dias沒有說明其研究材料中的氮含量,目前只能以材料結(jié)構(gòu)來討論。聞?;⒄f,盡管樣品中氮含量或許有所不同,但是材料結(jié)構(gòu)一樣、3種元素兼具,這個情況下要有超導(dǎo)就應(yīng)該產(chǎn)生了,“不能說那一點成分的改變會決定超導(dǎo)或不超導(dǎo)”。
為什么Dias的制備樣品方案不可行呢?Dias的方案是,用兩個小金剛石對微腔中的镥、氮氣和氫氣在65攝氏度下加壓到1萬個大氣壓。聞?;⒎治稣f,Dias的材料制備方法存在明顯的不合理性,65攝氏度太低,這個溫度下能產(chǎn)生金屬和氮氣、氫氣的反應(yīng)是不可思議的。
聞?;⒄f,Dias可能給了一個錯誤的條件,或許是溫度少了一個“0”,“除非用激光加熱,否則很難做出來”,然而Dias并沒有提到激光。聞海虎團隊采用了高溫高壓爐來燒,很快就得到了镥氮氫材料。
聞?;⒖紤]得更嚴(yán)謹(jǐn)。他說,這個材料在幾十萬個大氣壓下是否會出現(xiàn)高溫超導(dǎo)還不能下結(jié)論,“我們也正在做”。
需要更多的驗證
從1968年到今天,物理學(xué)家一直在研究與氫有關(guān)的超導(dǎo)屬性,硫化氫、稀土氫化物和堿土氫化物可以在超過200K的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)。
Dias團隊這次將氫化镥中的部分氫換成氮,并宣稱在1GPa、20攝氏度的最高轉(zhuǎn)變溫度下測量到了超導(dǎo)。如果被證實,這將是史無前例的一大進步。
此前,中科院物理研究所研究員靳常青在接受《中國科學(xué)報》采訪時,提及Dias這次研究的幾個存疑細(xì)節(jié),包括合成樣品結(jié)構(gòu)不清楚、氫的含量太低(與之前發(fā)現(xiàn)的富氫超導(dǎo)體迥異)。
為何氫的含量如此重要?這與學(xué)界對超導(dǎo)的一種固有認(rèn)識有關(guān)。一般而言,超導(dǎo)材料中氫含量越高,其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度越高。
計算化學(xué)家、美國加州州立大學(xué)北嶺分校副教授苗茂生告訴《中國科學(xué)報》,富氫超導(dǎo)體和低氫超導(dǎo)體二者是“完全不同的系統(tǒng)”,Dias的結(jié)論顛覆了已有的認(rèn)識。比如十氫化鑭超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為零下13攝氏度,已經(jīng)很高了;而Dias的镥氮氫材料中,镥:氫摩爾比不到3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于十氫化鑭,其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度卻高于十氫化鑭。
苗茂生說,很難想象Dias的镥氮氫材料會成為一個電聲子耦合超導(dǎo)?;陔娐曌玉詈侠碚撚嬎愕贸?,這個材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)該在十幾K。
他提示,高壓實驗是非常難做的實驗,樣品特別小,合成條件又很難達(dá)到非常均勻,加上信號測量的噪聲非常大,這些都是容易產(chǎn)生誤判的因素。
除了聞?;F隊的論文外,近期還有數(shù)篇有關(guān)氫镥材料的類似研究發(fā)表。
更早的研究來自靳常青團隊。3月9日,他們在arXiv發(fā)表研究稱,多氫化镥在218GPa的壓力下超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為71K(約-202攝氏度);當(dāng)壓力釋放到181GPa時,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度降低到65K(約-208攝氏度)。這些超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于室溫。
中科院物理研究所研究員程金光團隊于3月12日在arXiv發(fā)布了另一項研究。盡管他們的材料沒有添加氮元素,但他們在高達(dá)7.7GPa的壓力下對二氫化镥的測量表明,溫度低至1.5K(約-272攝氏度)時沒有超導(dǎo)性。
值得關(guān)注的是,Dias的兩次“前科”讓人無法對其研究放心。可測試、可重復(fù)和透明度是科學(xué)研究具有可信度的重要因素。Dias此前的兩次重要研究,包括發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的金屬氫研究和發(fā)表在《自然》雜志上的碳?xì)淞虺瑢?dǎo)研究,均未具備這些因素。
《自然》雜志也注意到了Dias的過往。靳常青和美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校的David Ceperley在該期刊發(fā)表評論文章稱,因為Dias關(guān)于碳硫氫化物高溫超導(dǎo)的論文被撤回,對其最新研究的獨立測量數(shù)據(jù)將有助于消除疑慮。
苗茂生也提醒說,既然《自然》雜志接受了Dias的工作,那么就要嚴(yán)肅地討論它。如果要否定他的工作,那么就需要更多的證據(jù)和重復(fù)性驗證,后續(xù)應(yīng)該會有多個驗證論文很快發(fā)表。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.48550/arXiv.2303.08759
(原標(biāo)題為《室溫超導(dǎo)轟動性研究8天就翻車?》)
(孫滔/中國科學(xué)報)
- 原標(biāo)題:南京大學(xué)聞?;F隊重復(fù)實驗再次推翻美國室溫超導(dǎo)轟動性研究
- 責(zé)任編輯: 范維 
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