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聞海虎?圖片來(lái)源：南京大學(xué)

“這個(gè)結(jié)論肯定是推翻了，毋庸置疑的。”南京大學(xué)超導(dǎo)物理和材料研究中心主任聞海虎對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)出這句話(huà)的時(shí)候，語(yǔ)氣足夠堅(jiān)決。

(資料圖)

“這個(gè)結(jié)論”，指的就是當(dāng)下大火的美國(guó)羅切斯特大學(xué)Ranga Dias團(tuán)隊(duì)的室溫超導(dǎo)研究。他們宣稱(chēng)自己研發(fā)的一種镥氮?dú)洳牧显诮?萬(wàn)個(gè)大氣壓（1GPa）下實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)。

3月15日，聞海虎團(tuán)隊(duì)在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv提交了一篇包括9名作者、長(zhǎng)達(dá)16頁(yè)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(chēng)：“我們的實(shí)驗(yàn)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?dú)洳牧螸uH2±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(shí)錘，Dias將會(huì)再次被打臉。

復(fù)刻Dias實(shí)驗(yàn)

3月7日，看見(jiàn)Dias在美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上的報(bào)告結(jié)果后，聞海虎火速安排重復(fù)實(shí)驗(yàn)，“我們的初步樣品很快出來(lái)了，后來(lái)又作了一些調(diào)整”。

為何效率如此之高？聞海虎稱(chēng)，這是他們團(tuán)隊(duì)加班加點(diǎn)共同努力的結(jié)果。事實(shí)上，這個(gè)復(fù)刻實(shí)驗(yàn)“難度不是很大”，但是“測(cè)量起來(lái)還是有難度的”，因?yàn)樾枰?xì)的信號(hào)，而數(shù)據(jù)分析也是有難度的，幸好他們“平時(shí)有很好的積累”。

實(shí)驗(yàn)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(jìn)行合成并得到了镥氮?dú)洳牧稀射線(xiàn)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(xiàn)光譜儀分析也發(fā)現(xiàn)了氮元素。

聞海虎團(tuán)隊(duì)隨即在6萬(wàn)個(gè)大氣壓以下的不同壓力中，對(duì)該材料電阻進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)低至10K都沒(méi)有超導(dǎo)發(fā)生。同時(shí)，他們也進(jìn)行了仔細(xì)的磁化測(cè)量，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有超導(dǎo)所需的抗磁信號(hào)。聞海虎說(shuō)，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?yàn)镈ias沒(méi)有說(shuō)明其研究材料中的氮含量，目前只能以材料結(jié)構(gòu)來(lái)討論。聞海虎說(shuō)，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(gè)情況下要有超導(dǎo)就應(yīng)該產(chǎn)生了，“不能說(shuō)那一點(diǎn)成分的改變會(huì)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(gè)小金剛石對(duì)微腔中的镥、氮?dú)夂蜌錃庠?5攝氏度下加壓到1萬(wàn)個(gè)大氣壓。聞海虎分析說(shuō)，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(gè)溫度下能產(chǎn)生金屬和氮?dú)狻錃獾姆磻?yīng)是不可思議的。

聞海虎說(shuō)，Dias可能給了一個(gè)錯(cuò)誤的條件，或許是溫度少了一個(gè)“0”，“除非用激光加熱，否則很難做出來(lái)”，然而Dias并沒(méi)有提到激光。聞海虎團(tuán)隊(duì)采用了高溫高壓爐來(lái)燒，很快就得到了镥氮?dú)洳牧稀?/p>

聞海虎考慮得更嚴(yán)謹(jǐn)。他說(shuō)，這個(gè)材料在幾十萬(wàn)個(gè)大氣壓下是否會(huì)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(yàn)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(guò)200K的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)。

Dias團(tuán)隊(duì)這次將氫化镥中的部分氫換成氮，并宣稱(chēng)在1GPa、20攝氏度的最高轉(zhuǎn)變溫度下測(cè)量到了超導(dǎo)。如果被證實(shí)，這將是史無(wú)前例的一大進(jìn)步。

此前，中科院物理研究所研究員靳常青在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪(fǎng)時(shí)，提及Dias這次研究的幾個(gè)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(duì)超導(dǎo)的一種固有認(rèn)識(shí)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(jì)算化學(xué)家、美國(guó)加州州立大學(xué)北嶺分校副教授苗茂生告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，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(shí)。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?dú)洳牧现校澹簹淠柋炔坏?，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(shuō)，很難想象Dias的镥氮?dú)洳牧蠒?huì)成為一個(gè)電聲子耦合超導(dǎo)。基于電聲子耦合理論計(jì)算得出，這個(gè)材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)該在十幾K。

他提示，高壓實(shí)驗(yàn)是非常難做的實(shí)驗(yàn)，樣品特別小，合成條件又很難達(dá)到非常均勻，加上信號(hào)測(cè)量的噪聲非常大，這些都是容易產(chǎn)生誤判的因素。

除了聞海虎團(tuán)隊(duì)的論文外，近期還有數(shù)篇有關(guān)氫镥材料的類(lèi)似研究發(fā)表。

更早的研究來(lái)自靳常青團(tuán)隊(duì)。3月9日，他們?cè)赼rXiv發(fā)表研究稱(chēng)，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(shí)，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(tuán)隊(duì)于3月12日在arXiv發(fā)布了另一項(xiàng)研究。盡管他們的材料沒(méi)有添加氮元素，但他們?cè)诟哌_(dá)7.7GPa的壓力下對(duì)二氫化镥的測(cè)量表明，溫度低至1.5K（約-272攝氏度）時(shí)沒(méi)有超導(dǎo)性。

值得關(guān)注的是，Dias的兩次“前科”讓人無(wú)法對(duì)其研究放心。可測(cè)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(guò)往。靳常青和美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校的David Ceperley在該期刊發(fā)表評(píng)論文章稱(chēng)，因?yàn)镈ias關(guān)于碳硫氫化物高溫超導(dǎo)的論文被撤回，對(duì)其最新研究的獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)將有助于消除疑慮。

苗茂生也提醒說(shuō)，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(yàn)證，后續(xù)應(yīng)該會(huì)有多個(gè)驗(yàn)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(dòng)性研究8天就翻車(chē)？》）

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