三个中国团队得出相同结论:室温超导被证伪。

上周,美国罗切斯特大学的Ranga Dias教授在会议上爆出实现室温超导大新闻后,专业人士几乎都持谨慎观望甚至深表怀疑的态度。次日,当Nature在线发表Dias的论文后,立即有人对其实验数据提出了质疑,认为原始数据(下图左)根本不支持判定样品实现了超导电性,而论文中采用的电阻数据(下图右)是依靠不合理地剔除了所谓“220K以下环境背景因素”的曲线才得到的“超导相变”。

当然还有直流磁化率和交流磁化率的数据,也是采用了此前该团队在Nature被撤稿论文的相同处理方法——扣除了一个奇怪的背景,而且这个背景在相同样品的不同测量下还差异极大。至于晶体结构、具体组分、颜色变化等因素,也是总让人感觉有一些“不合常规”。特别是颜色上,从蓝色,加压后超导变成粉色,再加压又变成红色,这些在高临界温度超导材料中是很少见的,一般高临界温度的超导体都是清一色的黑色,甚至可以是黑得发亮。

不过,这种博客上的讨论毕竟无法直接推翻论文。幸好Ranga Dias教授所走的路线,是非常传统且经典的BCS理论,如果知道材料的准确结构的话,理论上可以清楚预言材料的临界温度,这是一个被研究得相对比较成熟的领域。再者,Dias公布的实验条件根本不苛刻,1GPa的压力如今在普通的超导研究实验室都能轻松实现,通过真刀真枪的实验进行验证并不是很难的事。果然,在论文发表后短短几天时间里,中国有几个团队都陆续发表了相关实验结果,无一例外地给出了否定的结论。

其中,南京大学的闻海虎教授和他的团队直截了当地重复了Ranga Dias的材料配方和实验路径,成功获得了氮掺杂氢化镥(LuH2±xNy)材料,将其置于1GPa~6GPa的压强环境下,确实在300 K左右的温度条件下看到了一些电阻数据的变化,但看起来应该是材料结构的变化,也许可以认定为是一种相变,绝不是超导相变。但是所有压力下,在10 K~320 K的温度范围内都没有出现任何超导的迹象。甚至从低于100K的变化趋势来看,6 GPa压强以下根本就不可能出现超导!所以Ranga Dias所宣称的1GPa压强就能实现LuH2±xNy室温超导,肯定是有很大问题的。要么实验条件要更加苛刻,要么是数据解读有明显错误。

闻海虎3月15日于arXiv上公布的文章题目及其摘要

其次,中科院物理所的程金光研究员团队更关注Ranga Dias所展示的样品所显示出的与众不同的颜色,通过实验重现了深蓝色的氢化镥在约2.2 GPa时变成粉红色,在约4 GPa时又变成亮红色。这与Ranga Dias团队所发表的实验结果非常类似,也说明Ranga Dias团队确实采用的是氢化镥材料,也在高压下发生了颜色变化。然而程教授将这种材料一直加压到7.7GPa,温度一直降低到1.5K,仍然没有看到丝毫超导的迹象。当然,程金光团队的工作并没有掺杂氮,只看到颜色变化,没有看到超导,严格来说也不能算是对Dias等人工作的完整验证。需要特别注意的是,闻海虎教授团队的工作,并没有看到材料颜色在高压下的变化。所以,Dias团队的工作里,材料颜色变化和所谓“室温超导”到底有没有直接联系,还是一个大大的问号。

程金光3月12日于arXiv上公布的文章题目及其摘要

其实,关于镥氢化物材料,估计国内外有许多团队在Dias之前就开始研究了。毕竟,稀土氢化物在高压高温下合成、更高压力下就超导的这个事儿,自从2019年就有明确路线了。何况这三四年来,科学们早已发现多个稀土氢化物超导体,甚至是碱土金属氢化物超导,只不过超导温度有高有低而已。Lu是La系稀土金属的最后一个,想必有不少研究团队都试过,只是未见正式报道而已。

早在3月9日,中科院物理所的靳常青研究员团队,就率先贴出了他们自己在这方面的工作。原来,镥氢化物确实是一种超导材料,只不过它无法在只有几GPa的压强下就实现,更不要说室温超导了。靳常青教授的实验结果显示,在218 GPa的压强下,氢化镥的超导转变温度是71 K,如果压强降低到181 GPa的话,转变温度会降低到65 K。需要提醒的是,靳常青团队发现的镥氢化物超导体,分子式是Lu4H23,“含氢量”要远大于Dias团队公布的LuH3-xNy,或许,这才是镥氢化物超导材料的真实情况。

靳常青3月9日于arXiv上公布的文章题目及其摘要

截至发稿,尚未发现有国际实验团队公布对Dias实验的重复结果。但闻海虎等三位中国科学家的上述工作已基本证伪了所谓的“室温超导”。

轰动全球物理界的大新闻,终于再次没能经受住同行的“拷验”,可谓是科研需认真,论断需谨慎。最后,引用中科院物理所罗会仟研究员点评的一句话:“上一次‘C-S-H室温超导’存活了712天后被Nature编辑部强制撤稿,这一次‘Lu-H-N近常压室温超导’仅仅存活9天就基本上被证伪了,说明科学界对‘室温超导’的求证能力在迅速提升。未来不管是谁,要想宣布‘室温超导’这样的大新闻,一定会更加慎重。总之,室温超导希望之光还在,但前途依旧充满曲折。”

本文受科普中国·星空计划项目扶持

出品:中国科协科普部

监制:中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

原文链接: 室温超导新成果或已光速证伪 中国三个团队给出同样结论

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