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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

34资源网2023年03月09日 15:2387

有了这种材料,近常压超导和应用技术的黎明已经到来。

编者按:本文来自微信公众号量子位 ( QbitAI),作者:鱼羊 萧箫,创业邦经授权发布。

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 Dias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。

图源:周华@aps,左一为朱经武

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。

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。

Reddit上,这一话题的热度也是隔几分钟就往上窜一窜。

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。

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。

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又没这么简单了。

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:

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:

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℃。

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。

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。

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。

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:

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。

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:

量子位

,赞256

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

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