本文来自微信公众号:量子位(ID:QbitAI),作者:鱼羊、萧箫,原文标题:《物理界炸了!21℃实现室温超导,Nature凌晨刊发撤稿团队新研究,赌城现场被人群挤爆》,题图来自:《三体》


物理学界又被扔下一枚核弹。


还是因为那石破天惊、看上去分分钟要把诺奖斩获马下的四个字:室温超导


并且这次,来自罗彻斯特大学的Ranga Bias团队,给出的结果压强更低,临界温度更高:新材料在约21℃的室温条件下,加压到1万个标准大气压就会出现超导现象。(p.s. 人类已经可以在5-6万个大气压下合成钻石。)


在拉斯维加斯,最新成果的发布现场,小小报告厅里挤满了各路物理大牛,包括高温超导先驱朱经武教授,以及此前一直在质疑室温超导的日内瓦大学凝聚态物理学家Dirk van der Marel。


而在报告厅外,更是挤满了大批未能入场的物理学研究者,以至于保安需要不断驱散人群,防止消防隐患。


就在今天凌晨,Nature还正式发表了Dias团队的新论文。时间戳显示,这篇论文在2022年8月投出,今年1月18日被Nature接收。


图/Nature
图/Nature


这事为何如此受关注?


毕竟如果室温超导成真,那么超导磁体相关研究,如粒子对撞机、可控核聚变、量子计算机等,都将获得新突破,还能降低我们日常生活中电力传输损耗的问题……总之是物理层面巨大的突破。


消息传开,全球都炸锅了。


相关问题直接连夜冲上知乎热搜第一。


图/知乎
图/知乎


Reddit上,这一话题的热度也是隔几分钟就往上窜一窜。


图/reddit
图/reddit


状态嘛,就是一整个兴奋期待又充满犹疑。


兴奋的是,尽管1GPa的压力值仍然很高(约为1万个标准大气压),但在物理学中,已经是从高压到近常压的重大突破。


图/reddit
图/reddit


犹疑的是,事情很大条,但研究团队有黑历史——去年10月,该团队登上Nature封面的“首个室温超导体”论文,被Nature强制撤稿。


原因是Nature认为Dias他们的数据处理方式有问题,并且其实验结果也一直未能被成功复现。


这位老哥又搞啥大新闻?


不管怎么说,咱们还是先来看一下这枚“核弹”究竟包含哪些内容。


美国物理学会年会(APS)现场,科普了好几分钟超导发展史后,Ranga Dias突然拿出重头戏——团队发现的又双叒一个室温超导新材料。


这种材料由镥-氮-氢 (Lu-N-H)构成,它最爆炸的点在于,超导现象不仅能在21℃的室温条件下实现,压强还从上百GPa降低到了1GPa。


原本Nature那篇(撤稿的)论文介绍的新材料由氢-硫-碳组成,宣称在15℃、267GPa压强条件下,实现了室温超导,当时已经震惊了一众人。


另外,就连合成金刚石都需要5GPa压强和1400℃高温……


当然,1GPa仍然不是一个小数目,相当于标准大气压的10000倍(标准大气压约为101.325kPa)


Ranga Dias在会议摘要中更是宣称:有了这种材料,近常压超导和应用技术的黎明已经到来。


图/美国物理学会年会(APS)现场
图/美国物理学会年会(APS)现场


这种材料是怎么做出来的呢?


团队先是从镥和氢的化合物上入手,测量了一通数据,发现在加入一点氮后,材料达成超导条件所需的温度数值变高了,最终合成了这种室温超导材料。


所以,团队如何判断自己的材料达到了超导条件?


理论上来说,仍然得靠两个效应判断。


一个是完全抗磁性,又称迈斯纳效应,能让超导体内部的磁感应强度为零,及超导体排斥体内的磁场。这种特性最大的用途是用来做磁悬浮。


另一个则是零电阻效应,指的是某种材料在常温时是导体、半导体甚至绝缘体,但当温度下降到某一特定值时,它的直流电阻突然下降为零。


通常用迈斯纳效应测量起来比较困难,不少研究用的都是零电阻效应的判断方法,即在某种条件下观察到材料电阻变为0。


但具体到实验测量上就没这么简单了。


这是因为在具体实验中,实际能测量的合成物样本往往非常小(使用金刚石等装置加压时,最大的压力只在两个金刚石的“尖对尖”之间出现),导致测量结果可能出现偏差。


与此同时,测量电阻值还需要给样品加上额外的装置,这又会对实验测量精度进一步提出要求,因此在获取测量数据后,往往还需要对数据进行处理,来判断材料是否达成了室温超导条件。


从数据测量方法上,团队仍然采用了和上次相似的一种方法——使用背景减法消除嘈杂背景信号。


这是在进行背景减法前的数据和处理后的实验结果:


图/美国物理学会年会(APS)现场
图/美国物理学会年会(APS)现场


这是团队测量这种材料实现超导所需的温度条件和压强图,其中在1GPa的时候,材料能在接近21℃的温度条件下实现超导:


图/Dasenbrock-Gammon, N., Snider, E., McBride, R. et al. Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride. Nature 615, 244–250 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05742-0
图/Dasenbrock-Gammon, N., Snider, E., McBride, R. et al. Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride. Nature 615, 244–250 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05742-0


但比较奇怪的是,从上面这张图来看,随着压力继续增大,材料实现超导的温度数值又变低了……


遗憾的是,Dias的这次分享并没有开放现场提问环节。


这次新材料的测量结果和数据是否真实,还得交给学术界的研究者去仔细鉴别。


研究者争议缠身


但正如不少网友所提醒的那样,Ranga Dias其人,确实争议缠身。


前文说到,在2020年的时候,Dias就宣布一种由氢-硫-碳三种元素组成的新材料可以实现室温超导(15℃,267GPa)


尽管压力条件相较此次给出的结果距离实际应用更远,但作为“首个室温超导成果”,这项研究在当时同样轰动了学界,还登上了Nature封面。


然而,就在这篇论文发表后的两年间,围绕这项研究,可谓争议不断。其他实验室反复尝试,都未能复现结果。


2021年8月25日,一个核心争议点被揪了出来:论文的磁化率数据有问题。


简单来说,就是Dias团队在处理原始数据时,用特殊方法对背景噪声进行了去除,但在论文中却没有针对这一数据处理方法给出合理的解释。


提出h指数的理论物理学家Jorge Hirsch在验证数据之后,直接质疑Dias团队用多项式曲线拟合数据“是一种捏造”,是“一场科学骗局”。



到了2022年年底,这一出造假疑云发展到高潮:Nature直接不管9位论文作者的集体抗议,强制撤下了他们的封面文章。


对于这一结果,Dias的团队显然并不服气。上个月,他们又在arXiv上发了篇新文章,把大家质疑的种种数据重新测了一遍。


不过这一次,超导现象出现的温压条件有所变化:在133Gpa条件下,氢-硫-碳化合物的临界温度为260K,约为零下13℃。


图/arXiv
图/arXiv


但在争议之中,Dias却已经为自己搞出的新材料成立公司,基于现有研究成果来开发商用室温超导体。


除了这事儿外,Dias老哥博士后期间发表的一篇论文也惹出过麻烦。


当时,他所在的哈佛大学团队宣布合成出了首个金属氢,论文发表在Science上。Dias正是该论文的第一作者。


离谱的是,论文发表后,研究团队称由于操作失误,该金属氢样本已经损毁或消失。


“还需等同行复现”


对于这次新成果,不同的网友也有不同的看法。


有一批网友已经嗨了:要是室温超导真的实现,意味着包括可控核聚变、量子计算在内的领域,全都会被新的技术颠覆。


图/微博
图/微博


甚至还有网友表示,这要是能整出来,绝对是诺奖级的研究成果。


图/微博
图/微博


还有网友已经开始探讨这种新材料的商业化落地可能性了。


图/知乎
图/知乎


但与此同时,也有不少网友发现了这里面的问题,整体抱持一种谨慎态度。


一方面,有网友已经发现,这个老哥黑历史比较多:


图/微博
图/微博


另一方面也有网友表示,对于这类研究,最好还是等一等同行复现的结果:这次结果仍然只是一家之言,而不是同行评议的结果。


图/reddit
图/reddit


而量子位一位不愿透露姓名的南大凝聚态物理硕士已经表示:



论文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-023-05742-0


参考链接:

[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


本文来自微信公众号:量子位(ID:QbitAI),作者:鱼羊、萧箫