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室温超导新成果或已光速证伪

2023-03-18 19:20返朴(董唯元、陆超)72评
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本文来自微信公众号:返朴 (ID:fanpu2019),作者:董唯元、陆超

在短短几天时间里,中国三个团队陆续发表相关实验结果,无一例外地给出了否定的结论。

撰文 | 董唯元、陆超

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(参见《再度刷屏的“室温超导”靠谱不?不日见分晓》),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“220 K 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,科学家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。”

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