物理界炸了！21℃實現室溫超導，Nature凌晨刊發撤稿團隊新研究，賭城現場被人群擠爆

魚羊 蕭簫 發自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI

物理學界又被扔下一枚核彈！

還是因為那石破天驚、看上去分分鐘要把諾獎斬獲馬下的四個字：

室溫超導。

并且這次，來自羅徹斯特大學的Ranga Dias團隊，給出的結果壓強更低，臨界溫度更高：

新材料在約21℃的室溫條件下，加壓到1萬個標準大氣壓就會出現超導現象。

p.s. 人類已經可以在5-6萬個大氣壓下合成鉆石。

在拉斯維加斯，最新成果的發布現場，小小報告廳里擠滿了各路物理大牛。包括高溫超導先驅朱經武教授，以及此前一直在質疑室溫超導的日內瓦大學凝聚態物理學家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研究者，以至于保安需要不斷驅散人群，防止消防隱患。

就在今天凌晨，Nature還正式發表了Dias團隊的新論文。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。

這事為何如此受關注？

畢竟如果室溫超導成真，那么超導磁體相關研究，如粒子對撞機、可控核聚變、量子計算機等，都將獲得新突破，還能降低我們日常生活中電力傳輸損耗的問題……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1萬個標準大氣壓），但在物理學中，已經是從高壓到近常壓的重大突破。

猶疑的是，事情很大條，但研究團隊有黑歷史——去年10月，該團隊登上Nature封面的“首個室溫超導體”論文，被Nature強制撤稿。

原因是Nature認為Dias他們的數據處理方式有問題。并且其實驗結果也一直未能被成功復現。

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”究竟包含哪些內容。

美國物理學會年會（APS）現場，科普了好幾分鐘超導發展史后，Ranga Dias突然拿出重頭戲——團隊發現的又雙叒一個室溫超導新材料。

這種材料由镥-氮-氫?（Lu-N-H）構成，它最爆炸的點在于，超導現象不僅能在21℃的室溫條件下實現，壓強還從上百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壓強條件下，實現了室溫超導，當時已經震驚了一眾人。

另外，就連合成金剛石都需要5GPa壓強和1400℃高溫……

當然，1GPa仍然不是一個小數目，相當于標準大氣壓的10000倍（標準大氣壓約為101.325kPa）。

Ranga Dias在會議摘要中更是宣稱：

有了這種材料，近常壓超導和應用技術的黎明已經到來。

這種材料是怎么做出來的呢？

團隊先是從镥和氫的化合物上入手，測量了一通數據，發現在加入一點氮后，材料達成超導條件所需的溫度數值變高了，最終合成了這種室溫超導材料。

所以，團隊如何判斷自己的材料達到了超導條件？

理論上來說，仍然得靠兩個效應判斷。

一個是完全抗磁性，又稱邁斯納效應，能讓超導體內部的磁感應強度為零，及超導體排斥體內的磁場。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，指的是某種材料在常溫時是導體、半導體甚至絕緣體，但當溫度下降到某一特定值時，它的直流電阻突然下降為零。

通常用邁斯納效應測量起來比較困難，不少研究用的都是零電阻效應的判斷方法，即在某種條件下觀察到材料電阻變為0。

但具體到實驗測量上就又沒這么簡單了。

這是因為在具體實驗中，實際能測量的合成物樣本往往非常小（使用金剛石等裝置加壓時，最大的壓力只在兩個金剛石的“尖對尖”之間出現），導致測量結果可能出現偏差。

與此同時，測量電阻值還需要給樣品加上額外的裝置，這又會對實驗測量精度進一步提出要求，因此在獲取測量數據后，往往還需要對數據進行處理，來判斷材料是否達成了室溫超導條件。

從數據測量方法上，團隊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。

這是在進行背景減法前的數據和處理后的實驗結果：

這是團隊測量這種材料實現超導所需的溫度條件和壓強圖，其中在1GPa的時候，材料能在接近21℃的溫度條件下實現超導：

但比較奇怪的是，從上面這張圖來看，隨著壓力繼續增大，材料實現超導的溫度數值又變低了……

遺憾的是，Dias的這次分享并沒有開放現場提問環節。

這次新材料的測量結果和數據是否真實，還得交給學術界的研究者去仔細鑒別。

研究者爭議纏身

但正如不少網友所提醒的那樣，Ranga Dias其人，確實爭議纏身。

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現室溫超導（15℃，267GPa）。

盡管壓力條件相較此次給出的結果，距離實際應用更遠，但作為“首個室溫超導成果”，這項研究在當時同樣轟動了學界，還登上了Nature封面。

然而，就在這篇論文發表后的兩年間，圍繞這項研究，可謂爭議不斷。其他實驗室反復嘗試，都未能復現結果。

2021年8月25日，一個核心爭議點被揪了出來：論文的磁化率數據有問題。

簡單來說，就是Dias團隊在處理原始數據時，用特殊方法對背景噪聲進行了去除，但在論文中卻沒有針對這一數據處理方法，給出合理的解釋。

提出h指數的理論物理學家Jorge Hirsch在驗證數據之后，直接質疑Dias團隊用多項式曲線擬合數據“是一種捏造”，是“一場科學騙局”。

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

對于這一結果，Dias的團隊顯然并不服氣。上個月，他們又在arXiv上發了篇新文章，把大家質疑的種種數據重新測了一遍。

不過這一次，超導現象出現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卻已經為自己搞出的新材料成立公司，基于現有研究成果來開發商用室溫超導體。

除了這事兒外，Dias老哥博士后期間發表的一篇論文也惹出過麻煩。

當時，他所在的哈佛大學團隊宣布合成出了首個金屬氫，論文發表在Science上。Dias正是該論文的第一作者。

離譜的是，論文發表后，研究團隊稱由于操作失誤，該金屬氫樣本已經損毀或消失。

“還需等同行復現”

對于這次新成果，不同的網友也有不同的看法。

有一批網友已經嗨了：

要是室溫超導真的實現，意味著包括可控核聚變、量子計算在內的領域，全都會被新的技術顛覆。

甚至還有網友表示，這要是能整出來，絕對是諾獎級的研究成果。

還有網友已經開始探討這種新材料的商業化落地可能性了。

但與此同時，也有不少網友發現了這里面的問題，整體抱持一種謹慎態度。

一方面，有網友已經發現，這個老哥黑歷史比較多：

另一方面也有網友表示，對于這類研究，最好還是等一等同行復現的結果：

這次結果仍然只是一家之言，而不是同行評議的結果。

而量子位一位不愿透露姓名的南大凝聚態物理碩士已經表示：

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