室溫超導(dǎo)新成果或已光速證偽

在短短幾天時(shí)間里，中國(guó)三個(gè)團(tuán)隊(duì)陸續(xù)發(fā)表相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，無一例外地給出了否定的結(jié)論。

【資料圖】

撰文 | 董唯元、陸超

上周，美國(guó)羅切斯特大學(xué)的Ranga Dias教授在會(huì)議上爆出實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)大新聞后（參見《再度刷屏的“室溫超導(dǎo)”靠譜不？不日見分曉》），專業(yè)人士幾乎都持謹(jǐn)慎觀望甚至深表懷疑的態(tài)度。

次日，當(dāng)Nature在線發(fā)表Dias的論文后，立即有人對(duì)其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了質(zhì)疑，認(rèn)為原始數(shù)據(jù)（下圖左）根本不支持判定樣品實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)電性，而論文中采用的電阻數(shù)據(jù)（下圖右）是依靠不合理地剔除了所謂“220 K以下環(huán)境背景因素”的曲線才得到的“超導(dǎo)相變”。當(dāng)然還有直流磁化率和交流磁化率的數(shù)據(jù)，也是采用了此前該團(tuán)隊(duì)在Nature被撤稿論文的相同處理方法——扣除了一個(gè)奇怪的背景，而且這個(gè)背景在相同樣品的不同測(cè)量下還差異極大。至于晶體結(jié)構(gòu)、具體組分、顏色變化等因素，也是總讓人感覺有一些“不合常規(guī)”。特別是顏色上，從藍(lán)色，加壓后超導(dǎo)變成粉色，再加壓又變成紅色，這些在高臨界溫度超導(dǎo)材料中是很少見的，一般高臨界溫度的超導(dǎo)體都是清一色的黑色，甚至可以是黑得發(fā)亮。

不過，這種博客上的討論畢竟無法直接推翻論文。幸好Ranga Dias教授所走的路線，是非常傳統(tǒng)且經(jīng)典的BCS理論，如果知道材料的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)的話，理論上可以清楚預(yù)言材料的臨界溫度，這是一個(gè)被研究得相對(duì)比較成熟的領(lǐng)域。再者，Dias公布的實(shí)驗(yàn)條件根本不苛刻，1GPa的壓力如今在普通的超導(dǎo)研究實(shí)驗(yàn)室都能輕松實(shí)現(xiàn)，通過真刀真槍的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證并不是很難的事。果然，在論文發(fā)表后短短幾天時(shí)間里，中國(guó)有幾個(gè)團(tuán)隊(duì)都陸續(xù)發(fā)表了相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，無一例外地給出了否定的結(jié)論。

其中，南京大學(xué)的聞海虎教授和他的團(tuán)隊(duì)直截了當(dāng)?shù)刂貜?fù)了Ranga Dias的材料配方和實(shí)驗(yàn)路徑，成功獲得了氮摻雜氫化镥（LuH2±xNy）材料，將其置于1GPa~6GPa的壓強(qiáng)環(huán)境下，確實(shí)在300 K左右的溫度條件下看到了一些電阻數(shù)據(jù)的變化，但看起來應(yīng)該是材料結(jié)構(gòu)的變化，也許可以認(rèn)定為是一種相變，絕不是超導(dǎo)相變。但是所有壓力下，在10 K~320 K的溫度范圍內(nèi)都沒有出現(xiàn)任何超導(dǎo)的跡象。甚至從低于100K的變化趨勢(shì)來看，6 GPa壓強(qiáng)以下根本就不可能出現(xiàn)超導(dǎo)！所以Ranga Dias所宣稱的1GPa壓強(qiáng)就能實(shí)現(xiàn)LuH2±xNy室溫超導(dǎo)，肯定是有很大問題的。要么實(shí)驗(yàn)條件要更加苛刻，要么是數(shù)據(jù)解讀有明顯錯(cuò)誤。

聞?；?月15日于arXiv上公布的文章題目及其摘要

其次，中科院物理所的程金光研究員團(tuán)隊(duì)更關(guān)注Ranga Dias所展示的樣品所顯示出的與眾不同的顏色，通過實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)了深藍(lán)色的氫化镥在約2.2 GPa時(shí)變成粉紅色，在約4 GPa時(shí)又變成亮紅色。這與Ranga Dias團(tuán)隊(duì)所發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常類似，也說明Ranga Dias團(tuán)隊(duì)確實(shí)采用的是氫化镥材料，也在高壓下發(fā)生了顏色變化。然而程教授將這種材料一直加壓到7.7GPa，溫度一直降低到1.5K，仍然沒有看到絲毫超導(dǎo)的跡象。當(dāng)然，程金光團(tuán)隊(duì)的工作并沒有摻雜氮，只看到顏色變化，沒有看到超導(dǎo)，嚴(yán)格來說也不能算是對(duì)Dias等人工作的完整驗(yàn)證。需要特別注意的是，聞海虎教授團(tuán)隊(duì)的工作，并沒有看到材料顏色在高壓下的變化。所以，Dias團(tuán)隊(duì)的工作里，材料顏色變化和所謂“室溫超導(dǎo)”到底有沒有直接聯(lián)系，還是一個(gè)大大的問號(hào)。

程金光3月12日于arXiv上公布的文章題目及其摘要

其實(shí)，關(guān)于镥氫化物材料，估計(jì)國(guó)內(nèi)外有許多團(tuán)隊(duì)在Dias之前就開始研究了。畢竟，稀土氫化物在高壓高溫下合成、更高壓力下就超導(dǎo)的這個(gè)事兒，自從2019年就有明確路線了。何況這三四年來，科學(xué)們?cè)缫寻l(fā)現(xiàn)多個(gè)稀土氫化物超導(dǎo)體，甚至是堿土金屬氫化物超導(dǎo)，只不過超導(dǎo)溫度有高有低而已。Lu是La系稀土金屬的最后一個(gè)，想必有不少研究團(tuán)隊(duì)都試過，只是未見正式報(bào)道而已。

早在3月9日，中科院物理所的靳常青研究員團(tuán)隊(duì)，就率先貼出了他們自己在這方面的工作。原來，镥氫化物確實(shí)是一種超導(dǎo)材料，只不過它無法在只有幾GPa的壓強(qiáng)下就實(shí)現(xiàn)，更不要說室溫超導(dǎo)了。靳常青教授的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在218 GPa的壓強(qiáng)下，氫化镥的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度是71 K，如果壓強(qiáng)降低到181 GPa的話，轉(zhuǎn)變溫度會(huì)降低到65 K。需要提醒的是，靳常青團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的镥氫化物超導(dǎo)體，分子式是Lu4H23，“含氫量”要遠(yuǎn)大于Dias團(tuán)隊(duì)公布的LuH3-xNy，或許，這才是镥氫化物超導(dǎo)材料的真實(shí)情況。

靳常青3月9日于arXiv上公布的文章題目及其摘要

截至發(fā)稿，尚未發(fā)現(xiàn)有國(guó)際實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)公布對(duì)Dias實(shí)驗(yàn)的重復(fù)結(jié)果。但聞?；⒌热恢袊?guó)科學(xué)家的上述工作已基本證偽了所謂的“室溫超導(dǎo)”。

轟動(dòng)全球物理界的大新聞，終于再次沒能經(jīng)受住同行的“拷驗(yàn)”，可謂是科研需認(rèn)真，論斷需謹(jǐn)慎。最后，引用中科院物理所羅會(huì)仟研究員點(diǎn)評(píng)的一句話：“上一次‘C-S-H室溫超導(dǎo)’存活了712天后被Nature編輯部強(qiáng)制撤稿，這一次‘Lu-H-N近常壓室溫超導(dǎo)’僅僅存活9天就基本上被證偽了，說明科學(xué)界對(duì)‘室溫超導(dǎo)’的求證能力在迅速提升。未來不管是誰，要想宣布‘室溫超導(dǎo)’這樣的大新聞，一定會(huì)更加慎重?？傊覝爻瑢?dǎo)希望之光還在，但前途依舊充滿曲折。”

本文受科普中國(guó)·星空計(jì)劃項(xiàng)目扶持

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

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