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美科学团队再现21℃“室温超导”,是颠覆还是闹剧?

电子工程专辑讯 3月8日,《Nature》期刊刊登了一篇名为“Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride”的论文,是美科学家团队重提“室温超导”话题,轰动了整个物理界。

美国物理学会(American Physical Society,APS)成立于1899年,是世界第二大物理学组织,并发表以上十余种科学期刊,每年举办20多项科学会议。在3月7日拉斯维加斯举办的2023年美国物理学会(APS March Meeting)上,美国罗切斯特大学的物理学家Ranga Dias及其团队在会议上报告里程碑式突破,在“近常温”下实现了室温超导。

图源:周华aps。2023美国物理学会会议现场

在现场,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。

图源:周华@aps。左一为朱经武

室温超导是指在室温条件下实现的超导现象,超导现象是指某些材料在特定临界温度(Tc)之下,电阻完全消失为零的现象。Ranga Dias报告提出的材料是由镥-氮-氢(Lu-N-H)构成,它最爆炸的点是在于该超导现象不仅能在21℃的室温条件下实现,压强只需要1GPa。虽然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),但现在实现合成金刚石都需要5GPa压强和1400℃高温……

通常判断一个材料是否具有超导性的依据是其是否同时具有零电阻和完全抗磁性。零电阻意味着电流可以在没有能量损耗的情况下流过材料,完全抗磁性意味着超导体可以排斥外部磁场,使得磁感应强度在超导体内部为零。

图源:周华aps。图1:通过电阻来确定超导性。

不过该团队在实现超导所需的温度条件和压强测量上,从图2中看见,在近1GPa压强下,材料接近21℃温度条件下是实现了超导性,不过随着压力继续增大,材料实现超导的温度数值变低….

在现场没有提问环节,该问题未被解答。

图源:周华@aps。图2:介绍在近环境压力下发现室温超导性。

在轰动声音中,也夹杂着对Ranga Dias团队提出的镥-氮-氢(Lu-N-H)室温超导材料的争议。

超导现象较早是由荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes在1911年发现的。Heike Kamerlingh Onnes在1908年将氦气液化,得到了液氦(沸点4.2 K, -268.95 ℃),在1911年发现将金属汞降温到液氦温度以下时,汞的电阻变为零。Onnes将此现象命名为超导现象(superconductivity),意为超级导电。因成功制备液氦及发现超导现象,Onnes于1913年获得诺贝尔物理学奖。

目前,已经发现了许多不同类型的超导材料,包括金属、合金、陶瓷、有机物和氢化物等。其中较高的超导转变温度是138K(-135°C),由铜氧化物陶瓷材料实现。但是这些材料都需要低温或高压才能表现出超导性能,因此难以应用于工业和生活中。

2020年,罗切斯特大学Ranga P. Dias课题组在《Nature》发文,声称在267 Gpa(267万个大气压)的高压下,在碳-氢-硫的化合物中实现了近室温超导(Tc= 288 K,15 ℃)。该研究引起了巨大轰动,并被Science评为2020年度十大科学突破之一。

不过在2020年9月26日,该论文已经被《Nature》撤稿了。

在该论文发表后不久,就有多个研究小组对其提出了质疑,并试图重复该实验。他们发现该论文存在很多问题,比如数据不一致、分析方法不合理、结论不可靠等。他们认为该论文没有提供足够的证据来支持其室温超导性的主张,并且怀疑该材料是否真的存在。他们向《Nature》杂志提交了评论文章和反驳意见,并要求作者提供更多细节和原始数据。

经过长达一年多的调查和审查,《Nature》杂志最终决定撤销该论文。撤稿通知指出,该论文的数据和分析存在严重问题,无法支持其主要结论,并且作者未能提供有效地回应批评者的意见。撤稿通知还表示对给读者带来的不便深表歉意,并呼吁科学界继续探索超导性这一重要领域。

除此之外,在2017年Ranga P. Dias团队就宣称在495 GPa高压下实现了金属氢,当时也是震动了物理界,不过也没有被重复出来。

在2023美国物理学会会议现场,具有戏剧性的画面应该就是Jorge Hirsch缠着绷带与Ranga P. Dias一同在现场,还是前后脚做报告。

图源网络,左为Jorge Hirsch,右为Ranga P. Dias

据了解,Jorge Hirsch是一位物理学家,曾经是加州大学圣地亚哥分校的教授。他是一位超导性的专家,也是一位批评者。他曾经对Ranga P. Dias的碳-氢-硫的近温超导论文提出了严厉的质疑,并认为该论文是一种科学欺诈。他还指责《Nature》杂志没有对该论文进行足够的审查和验证,而是为了追求轰动效应而发表了该论文。他在2020年11月向《Nature》杂志提交了一篇评论文章,详细列出了该论文的问题和错误,并要求作者提供更多数据和证据来支持其结论。

有反驳观点认为,Ranga Dias团队无法复现在2020年C-S-H体系论文的成果,在短短一年时间又提出了一个更令人震惊的成果,属实让人难以信服。

Ranga Dias团队判断超导性用的是比较公认的磁化率数据。(材料进入超导态的两个依据:磁化率在某种条件下突变为-1,具备完全抗磁性;电阻突然消失,具备绝对0电阻)。上次Ranga Dias团队被撤稿的原因就是他的磁化率数据处理问题。

《Nature 》的撤稿说法是,他在消除噪音时候用的自定义方法。一般情况下的处理方法是,用原来的数据减去消除噪声后的数据,得到的就是被消除掉的噪声数据,因为噪声无规律,所以数据结果应该是无规律的。但是他的噪声数据非常有规律,噪声点的间距几乎全部呈现为0.16555的整数倍。所以就被怀疑其实是利用噪声数据作假图,今天这个图和视频也没给相应的回应。

感觉基本就相当于,用一个外部设置了加力磁场的单摆做出了无衰减摆动实验,声称我做出了永动机。

他被怀疑用某种方法处理数据,能让处理过的数据看起来是超导体的数据。如果是这样,那他的研究成果可能不是超导体,而是某种必然输出超导体数据结果的美化数据方法。换个类比方式,我写了一段代码,不管输入啥,总能输出“天下名列前茅美人”六个字。然后昭告天下说,我发现了天下名列前茅美人。

而且,该团队继不对批评者进行数据辩驳,也不允许现场提问环节。也不知道后续《Nature》会不会再次撤稿?

如果真的能研究出“室温超导”材料,那确实是颠覆性的意义。在这前提下,可以在无需冷却的条件下实现高效率的电能传输、存储和转换,从而节省大量的能源和成本。此外,室温超导材料还可以用于制造强大的磁体、传感器、开关、滤波器等设备,为物理学、化学、生物学等科学领域提供更先进的实验手段和工具。例如,利用室温超导材料可以构建更强大的粒子加速器、核聚变反应堆、量子计算机等设施。室温超导材料的实现,有可能引发第四次工业革命。

文章来自:https://www.eet-china.com/

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