作者:孙滔 来源:中国科学报 发布时间:2023/6/14 20:36:32
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再次反转?美科学院院士宣布复现室温超导研究

 

室温超导研究剧情再度反转。

2023年6月9日,美国国家科学院院士拉塞尔·海姆利(Russell Hemley)教授团队在预印本平台arxiv发表论文称,其研究支持了美国罗彻斯特大学的兰加·迪亚斯(Ranga Dias)团队3月在《自然》发表的研究结论,即氮掺杂氢化镥材料可以在近常压下实现室温超导。

这一结果让迪亚斯甚为兴奋。6月13日,他在推特上表示,“我对这项工作感到满意,它复制并证实了我们的工作。”

海姆利是国际高压领域著名专家,目前是伊利诺伊大学芝加哥分校教授,也与迪亚斯团队有长期的合作。

而此前,南京大学教授闻海虎团队于5月11日在线发表在《自然》杂志的论文称,在高达40.1GPa的压力下和低至2K条件下,氮掺杂氢化镥材料都不存在超导电性,更谈不上常压下的室温超导。

此外,中国科学院物理研究所孙力玲团队及合作者与北京高压科学研究中心毛河光团队合作,于5月16日在期刊《极端条件下的物质与辐射》(MRE)发表的研究中采用了与迪亚斯报道的相同的方法制备了样品并进行了测量,并未发现氮掺杂氢化镥样品的高温超导性质。

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海姆利团队预印本论文截图

同款实验材料

在海姆利团队的论文中提及,他们使用了迪亚斯提供的氮掺杂氢化镥材料。作者称,超导材料的成功合成,在很大程度上取决于样品制备的细节。这些细节不同,决定了结果的差异,即使是采用迪亚斯团队的制作方式,也只有35%的成功率。但是文章中并未解释需要注意哪些细节。

他们对比了闻海虎团队和迪亚斯团队的材料制备细节:两者只有压力相同,温度和原材料都不同。闻海虎团队用了比例为 2:8 的氯化铵(NH4Cl)和氢化钙(CaH2)作为氮源和氢源,在573-623 K下与镥金属反应;迪亚斯团队用的是1:99 的氮气/氢气混合物在338 K下与镥箔发生反应。

文章没有对孙力玲团队采用迪亚斯相同材料制备方法的研究进行评价。

据闻海虎此前对《中国科学报》的解释,《自然》杂志在其论文发表之前,曾将其稿件给迪亚斯看过,后者给出的解释正是两者样品不完全一致。然而,在实际的凝聚态物理实验中,很难说能够制造出绝对完全一样的样品,而闻海虎团队用了X光衍射和拉曼测量证明,两种氮掺杂氢化镥材料的结构几乎一致。

早在3月份和5月份,《中国科学报》就联系过迪亚斯,但并未得到其回应,不过这次他爽快回应了。

迪亚斯回复说,中国团队没有正确制备或测试这种氮掺杂氢化镥材料,“我们承认,复制(实验)过程是一项艰巨而富有挑战性的工作,往往伴随着无数挫折。我们从第一手经验出发,在多个实验室严谨工作3年多才实现了我们的突破。”

同时,迪亚斯暗示其他团队的验证工作还需要时间和耐心,“他们报告的时间框架只有较短的几周,而我们自己的研究涉及广泛而细致的过程。”

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美国国家科学院院士拉塞尔·海姆利(Russell Hemley)。图源:康奈尔大学

各方回应

真相究竟如何?《中国科学报》采访了闻海虎、孙力玲,以及美国国家科学院院士、北京高压科学研究中心主任毛河光教授。

作为在《自然》发表论文否认迪亚斯研究的科学家,闻海虎的第一反应是,“超导证据还远远不足,让子弹多飞一会儿”。

他说,在海姆利的论文中,超导转变曲线过于陡峭,在240K以上,转变宽度只有0.1K,而且“样品根本谈不上干净”,这超出了基本常识。

一般而言,超导材料纯度越高,转变区间越窄。闻海虎团队测量的纯度高达99.99%铌材料(另一项实验使用的材料)的转变区间是0.2K,而海姆利论文中使用的还谈不上干净的实验材料的转变区间是0.1K,这就让人不容易理解。此外,高温下材料中的很多电子会被激发出来,这会增加转变区间的宽度。

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海姆利团队预印本论文的图1和补充信息部分的图S1。其中的两幅照片插图引起该领域专家的注意。

闻海虎还注意到,海姆利测量时的4个电极很不对称,布局很不规范,“这样容易出现这种假象,比如黑色曲线有数次跳跃,可能说明电极接触不好”。

此外,只有电阻测量不能说明迪亚斯氮掺杂氢化镥材料的超导属性,更重要的是磁化率测量。然而,海姆利并未进行这项测量,而孙力玲团队的研究进行了磁化率测量。

孙力玲告诉《中国科学报》,她对闻海虎的回应表示认同,并表示,只有一个团队重复是不够的,应该提供更多的实验细节让更多的研究组能通过独立的实验来证实。

毛河光曾经与海姆利共事多年,还担任过后者在美国卡耐基研究所的博士后导师。不仅如此,二人还携手获得过2005年Balzan奖,并先后获得了国际高压科学与技术的最高奖项Bridgman奖。巧合的是,毛河光同时是前述孙力玲《极端条件下的物质与辐射》论文的合作者。

毛河光告诉《中国科学报》,迪亚斯从来没说清楚他制备的氮掺杂氢化镥材料是什么成分,他的论文发表后,其他团队很少能重复出来。

他仔细分析了海姆利预印本论文中的图片数据发现,迪亚斯的氮掺杂氢化镥材料并非一种纯粹的材料,而是一种不均匀的混合物。尤其是在图1和补充信息部分的图S1中,有金属亮片、红色、黑色和灰色等多种成分存在,“在不均匀的混合物中不可能测得有意义的电阻率,即使发现电阻突然有改变,并不表示是超导现象”。

值得注意的是,毛河光还是《极端条件下的物质与辐射》的共同主编,而此前迪亚斯的《自然》撤稿也与该刊有关联。2020年10月,《自然》杂志上报道了迪亚斯团队在高压下实现室温超导的研究,最终于2022年9月撤掉。毛河光称,两篇发表在《极端条件下的物质与辐射》的文章是促使《自然》撤稿的关键。

 
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