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南京大学闻海虎团队重复实验再次推翻美国室温超导轰动性研究热点

2023-03-20 21:39:42来源：互联网

【资料图】

闻海虎图片来源：南京大学

“这个结论肯定是推翻了，毋庸置疑的。”南京大学超导物理和材料研究中心主任闻海虎对《中国科学报》说出这句话的时候，语气足够坚决。“这个结论”，指的就是当下大火的美国罗切斯特大学RangaDias团队的室温超导研究。他们宣称自己研发的一种镥氮氢材料在近1万个大气压（1GPa）下实现了室温超导。3月15日，闻海虎团队在预印本网站arXiv提交了一篇包括9名作者、长达16页的研究论文，直截了当否定了Dias的研究结论。论文结论称：“我们的实验清楚地表明，从环境压力到6.3GPa，温度低至10K（约-263摄氏度），镥氮氢材料LuH2±xNy中不存在超导性。”这距离Dias的研究发布只有8天，如果实锤，Dias将会再次被打脸。复刻Dias实验3月7日，看见Dias在美国物理学会会议上的报告结果后，闻海虎火速安排重复实验，“我们的初步样品很快出来了，后来又作了一些调整”。为何效率如此之高？闻海虎称，这是他们团队加班加点共同努力的结果。事实上，这个复刻实验“难度不是很大”，但是“测量起来还是有难度的”，因为需要精细的信号，而数据分析也是有难度的，幸好他们“平时有很好的积累”。实验并非完全复刻。闻海虎发现，Dias给的制备样品方案几乎不可行，于是他们结合自己的条件，完全以新的方式进行合成并得到了镥氮氢材料。X射线衍射仪技术检查显示，该材料结构与Dias的样品几乎一致，且能量色散X射线光谱仪分析也发现了氮元素。闻海虎团队随即在6万个大气压以下的不同压力中，对该材料电阻进行了测量，发现低至10K都没有超导发生。同时，他们也进行了仔细的磁化测量，发现没有超导所需的抗磁信号。闻海虎说，这些发现足以否定Dias的常温低压下的超导结论。因为Dias没有说明其研究材料中的氮含量，目前只能以材料结构来讨论。闻海虎说，尽管样品中氮含量或许有所不同，但是材料结构一样、3种元素兼具，这个情况下要有超导就应该产生了，“不能说那一点成分的改变会决定超导或不超导”。为什么Dias的制备样品方案不可行呢？Dias的方案是，用两个小金刚石对微腔中的镥、氮气和氢气在65摄氏度下加压到1万个大气压。闻海虎分析说，Dias的材料制备方法存在明显的不合理性，65摄氏度太低，这个温度下能产生金属和氮气、氢气的反应是不可思议的。闻海虎说，Dias可能给了一个错误的条件，或许是温度少了一个“0”，“除非用激光加热，否则很难做出来”，然而Dias并没有提到激光。闻海虎团队采用了高温高压炉来烧，很快就得到了镥氮氢材料。闻海虎考虑得更严谨。他说，这个材料在几十万个大气压下是否会出现高温超导还不能下结论，“我们也正在做”。需要更多的验证从1968年到今天，物理学家一直在研究与氢有关的超导属性，硫化氢、稀土氢化物和碱土氢化物可以在超过200K的温度下转变为超导态。Dias团队这次将氢化镥中的部分氢换成氮，并宣称在1GPa、20摄氏度的最高转变温度下测量到了超导。如果被证实，这将是史无前例的一大进步。此前，中科院物理研究所研究员靳常青在接受《中国科学报》采访时，提及Dias这次研究的几个存疑细节，包括合成样品结构不清楚、氢的含量太低（与之前发现的富氢超导体迥异）。为何氢的含量如此重要？这与学界对超导的一种固有认识有关。一般而言，超导材料中氢含量越高，其超导转变温度越高。计算化学家、美国加州州立大学北岭分校副教授苗茂生告诉《中国科学报》，富氢超导体和低氢超导体二者是“完全不同的系统”，Dias的结论颠覆了已有的认识。比如十氢化镧超导转变温度为零下13摄氏度，已经很高了；而Dias的镥氮氢材料中，镥：氢摩尔比不到3，远远低于十氢化镧，其超导转变温度却高于十氢化镧。苗茂生说，很难想象Dias的镥氮氢材料会成为一个电声子耦合超导。基于电声子耦合理论计算得出，这个材料的超导转变温度应该在十几K。他提示，高压实验是非常难做的实验，样品特别小，合成条件又很难达到非常均匀，加上信号测量的噪声非常大，这些都是容易产生误判的因素。除了闻海虎团队的论文外，近期还有数篇有关氢镥材料的类似研究发表。更早的研究来自靳常青团队。3月9日，他们在arXiv发表研究称，多氢化镥在218GPa的压力下超导转变温度为71K（约-202摄氏度）；当压力释放到181GPa时，超导转变温度降低到65K（约-208摄氏度）。这些超导转变温度都远远低于室温。中科院物理研究所研究员程金光团队于3月12日在arXiv发布了另一项研究。尽管他们的材料没有添加氮元素，但他们在高达7.7GPa的压力下对二氢化镥的测量表明，温度低至1.5K（约-272摄氏度）时没有超导性。值得关注的是，Dias的两次“前科”让人无法对其研究放心。可测试、可重复和透明度是科学研究具有可信度的重要因素。Dias此前的两次重要研究，包括发表在《科学》杂志上的金属氢研究和发表在《自然》杂志上的碳氢硫超导研究，均未具备这些因素。《自然》杂志也注意到了Dias的过往。靳常青和美国伊利诺伊大学香槟分校的DavidCeperley在该期刊发表评论文章称，因为Dias关于碳硫氢化物高温超导的论文被撤回，对其最新研究的独立测量数据将有助于消除疑虑。苗茂生也提醒说，既然《自然》杂志接受了Dias的工作，那么就要严肃地讨论它。如果要否定他的工作，那么就需要更多的证据和重复性验证，后续应该会有多个验证论文很快发表。

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