大反轉！南京大學團隊推翻美室溫超導技術，復刻實驗沒發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象

作者|王磊 來源|超電實驗室(ID：SuperEV-Lab)

原制備方案幾乎不可行

讓全球炸鍋的室溫超導，被中國團隊徹底打臉了。

“這個結論肯定是推翻了，毋庸置疑的。”

南京大學超導物理和材料研究中心主任聞?；⒁稽c沒留情面，他和團隊在預印本網(wǎng)站arXiv提交了一篇包括9名作者、長達16頁的研究論文后，直接推翻了美國科學家“室溫超導”的說法。

來源：arxiv

論文結果顯示：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中不存在超導性。

這是南京大學的聞?；F隊在重復試驗后得出的結論。

01

復刻試驗過程不可行

美國羅徹斯特大學Ranga Dias團隊原試驗過程

他們在超導技術中使用了一種新的元素組合，由氫、氮和镥制成的材料，而且新引入了一種之前的超導材料中都沒見過的元素—镥（LU Lutetium)，Dias表示他們使用了一種名字叫镥箔的稀有金屬。

他們將這個新的組合取名為三元镥氮氫體系，迪亞斯表示，它能在室溫和不太高的壓力環(huán)境條件下表現(xiàn)出超導性。

在試驗過程中，Dias團隊將镥箔這種金屬片，擠壓在兩個鉆石之間，然后把含有99%的氫氣和1%的氮氣通過氣泵打入他們這個稱為“金剛石壓砧（diamond anvil cell）”的裝置中，最后測量化合物的變化。

來源：Nature

通過施加不同倍率的大氣壓，觀察镥氮氫化合物的變化。Dias團隊測試了從3000 到 30000 倍的大氣壓后發(fā)現(xiàn)，一開始镥箔變藍，混合物轉變?yōu)榉奂t色，最后變?yōu)樯罴t色直至失去金屬特性。

來源：Nature

最終Dias發(fā)現(xiàn)，镥氮氫化合物在 1GPa 的壓力下，磁測量結果表明，這些樣品可以排斥外部施加的磁場，而這一現(xiàn)象正是超導體的標志（邁斯納效應），此時的溫度僅在294K（開爾文），約合室溫下的21℃。

Dias被質疑的點主要在于，他結論的得出，有人認為是基于從原始信號中減去對背景的處理，否則便沒有零電阻狀態(tài)和對超導體所預期的完美抗磁性。

而超導現(xiàn)象具有明確的定義，不能以“減背景方式”處理數(shù)據(jù)。

另外，從顏色變化上，讓人感覺有一些“不合常規(guī)”，因為在此前的高臨界溫度的超導體都是清一色的黑色，甚至可以是黑得發(fā)亮。

更不用提Dias的镥氮氫材料會成為一個電聲子耦合超導，基于電聲子耦合理論計算得出，這個材料的超導轉變溫度應該在十幾K。

好在Dias公布的實驗條件根本不苛刻，其他實驗室對于Dias成果進行同條件重復實驗不是什么困難的事情。

南京大學的聞?；⒔淌诤退膱F隊就Dias論文中提供的信息，復刻了Ranga Dias的材料配方和實驗路徑。

來源：南京大學

南京大學試驗過程

3月7日，Dias在美國物理學會的會議上發(fā)表了研究論文后，聞?；F隊就根據(jù)Dias的說法就進行了初步的試驗。

尷尬的是，試驗剛開始就出現(xiàn)了問題，聞?；F隊在試驗過程發(fā)現(xiàn)，Dias制備樣品的方案幾乎不可行。

聞?；⒄J為，在65攝氏度的條件下能產(chǎn)生金屬和氮氣、氫氣的反應，這個化學反應本身就是不可思議的，所以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1萬個大氣壓這個方案并不合理。

于是他們結合自己的條件，采用了高溫高壓爐來煅燒進行合成并成功得到了镥氮氫材料，顏色是深藍色。X射線衍射儀技術檢查顯示，該材料結構與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。

來源：arxiv

獲得了氮摻雜氫化镥（LuH2±xNy）材料后，將其置于1GPa~6GPa的壓強環(huán)境下，通過將壓力從1 GPa增加到6 GPa，金屬行為逐漸優(yōu)化，但在10 K以下并沒有顯示超導性。

來源：arxiv

雖然確實在300 K左右的溫度條件下看到了一些電阻數(shù)據(jù)的變化，但聞海虎團隊認為應該是材料結構引起的變化，可以認定為是一種相變，但絕不是超導相變。

磁化溫度依賴性顯示在100至320 K之間大致為平坦特征，并且磁化在100 K時隨著磁場增加而增加，這些都不符合在100 K時的超導性質。

來源：arxiv

另外，因為Dias沒有說明其研究材料中的氮含量，目前只能以材料結構來討論。聞?；⒄J為盡管樣品中氮含量或許有所不同，但是材料結構一樣，這個情況下要有超導就應該產(chǎn)生了，“不能說那一點成分的改變會決定超導或不超導”。

因此，他們得出結論，在低于6 GPa的壓力下，氮摻雜的镥化氫中不存在近常溫超導性。

當然任何東西不能一概而論，所以目前他們正在進行幾十萬個大氣壓下這種化合物會不會出現(xiàn)高溫超導性。

02 

多次遭遇質疑

事實上，在南京大學提出這次質疑之前，就有兩家國內團隊對Dias的研究成果提出過質疑，不過這次南京大學的實驗結果更像是一次按住實錘。

早在Dias在物理學會議上發(fā)表完后僅僅兩天，來自國內的中科院物理所靳常青研究員團隊對Dias使用的稀土氫化物超導體提出過質疑。

畢竟稀土元素作為目前熱門的超導材料，特別是稀土氫化合物，在2019年就已經(jīng)明確了這種材料，高溫高壓下就能發(fā)生超導，镥元素作為稀土系的最后一個元素，自然有不少研究團隊上手研究過其超導特質。

靳常青的團隊恰好就是其中的一員，他們表示镥氫化物確實是一種超導材料，只不過它無法在只有幾G的大氣壓強下就實現(xiàn)超導，更不要說室溫常壓超導了。

靳常青教授的實驗結果顯示，在218 GPa的壓強下，氫化镥的超導轉變溫度是71 K（約-202攝氏度），如果壓強降低到181 GPa的話，轉變溫度會降低到65 K（約-208攝氏度），這些超導轉變溫度都遠遠低于室溫。

值得注意的是，靳常青團隊發(fā)現(xiàn)的镥氫化物超導體，分子式是Lu?H??，“含氫量”要遠大于Dias團隊公布的LuH???Ny。

在本篇文章的上面曾提到過，業(yè)內的不少大佬們對Dias試驗過程中顏色變化上，讓人感覺有一些“不合常規(guī)”。

迪亞斯表示該材料在制備之初是“有光澤的藍色”，而其逐漸被壓縮時，開始發(fā)生超導，逐漸由藍色變?yōu)榉奂t色，然后變成了鮮紅色的非超導金屬狀態(tài)。

中科院物理所的程金光研究員團隊就關注了Dias所展示的樣品所顯示出的與眾不同的顏色變化。他的這次實驗重在重現(xiàn)深藍色的氫化镥的顏色變化過程中會不會出現(xiàn)超導現(xiàn)象。

其在預印本網(wǎng)站arXiv提交的論文表示，氫化镥在約2.2 GPa時由藍色變成粉紅色，在約4 GPa時又變成亮紅色，這與Ranga Dias團隊所發(fā)表的實驗結果非常類似。

 來源：arxiv

然而程金光的團隊將這種材料一直加壓到7.7GPa，溫度一直降低到1.5K，仍然沒有看到絲毫超導的跡象。

但可惜的是程金光團隊的工作并沒有摻雜氮，成分的不同，嚴格來說也不能算是對Dias研究的完整驗證。

來源：arvix

值得注意的是，在聞?；F隊的試驗過程中，并沒有看到材料顏色在高壓下的變化。

所以，Dias的材料顏色變化和所謂“室溫超導”到底有沒有直接聯(lián)系，還是一個大大的問號。

03 

學術需嚴謹

Ranga Dias作為一名印度裔科學家，研究涉及高溫超導、新型材料合成、高壓NV光學磁力測量、高能量密度物理學等多領域。

來源：羅切斯特大學

2020年10月15日，Ranga Dias和團隊稱，他們實現(xiàn)了在15℃下的碳氫硫化物超導，壓強則需要267GPa（1GPa=10kbar）。

繼而發(fā)表在當時的Nature雜志上，一度被譽為是室溫超導“里程碑”成果。然而好景不長，其實驗數(shù)據(jù)被認為是捏造的，而倍受質疑。

最終Ranga Dias和團隊的論文在去年9月26日被《自然》雜志撤稿，理由是研究人員在研究關鍵數(shù)據(jù)處理、分析的有效性上存在違規(guī)行為。

來源：Nature

不止是這一次“學術詐騙”的前科，Dias在哈佛大學物理系做博士后的期間，Dias稱在實驗室合成了金屬氫，并且發(fā)了Science雜志，但后來金屬氫這篇文章莫名消失在論文網(wǎng)站上了。

因為有這些前科，不少網(wǎng)友已經(jīng)把Ranga Dias當作騙子，并稱他和團隊是作假的慣犯，

這也是諸位大佬們?yōu)槭裁磿?zhí)著于對Dias的研究急于求證，一方面是因為其成果所具有的革命性，另一方面還不是因為Dias的兩次“前科”。

靳常青教授就曾表示，因為Dias關于碳硫氫化物高溫超導的論文被撤回，對其最新研究的獨立測量數(shù)據(jù)將有助于消除疑慮。

從上一次Dias課題組的“C-S-H室溫超導”存活了712天后被Nature雜志強制撤稿，這一次“Lu-H-N近常壓室溫超導”僅僅存活幾天就被來回證偽。

截至目前，Dias本人對于質疑只表示有信心過審，但最終能不能實現(xiàn)，還需要交給時間。

編者按：本文轉載自微信公眾號：超電實驗室(ID：SuperEV-Lab)，作者：王磊