文｜張晴丹

2020年10月14日，美國羅切斯特大學物理學家Ranga Dias和他的同事在Nature雜志上發(fā)表了一篇轟動整個物理界的成果，并登上了當期封面。他們聲稱發(fā)現(xiàn)了一種新型氫化物，在15℃的溫度下可以觀察到超導現(xiàn)象。

(資料圖片僅供參考)

“這是人類首次實現(xiàn)室溫超導！”然而，這個具有里程碑意義的重磅研究在9月26日被Nature撤稿。對這篇文章長期以來的質疑終于暫時落下了帷幕。

此次撤稿非同尋常，因為Nature的編輯們不顧這篇論文全部9位作者的極力反對，采取了這一行動，可以說是非常決絕。

就在撤稿當天，Science新聞欄目對該事件進行了報道，稱該研究“有嚴重問題”。

首個室溫超導：15℃

超導體是一種非常重要的革命性材料，已經(jīng)在MRI核磁共振、粒子加速器等領域嶄露頭角。

超導研究距今已有百來年，經(jīng)過物理學家的不懈努力，超導材料的諸多屏障已被解除，下一步要跨越的門檻就是溫度，也就是要擺脫只有冷卻到極低的溫度才能實現(xiàn)超導現(xiàn)象的“魔咒”。因為維持低溫條件的成本很高，大大限制了超導材料的潛力。

這些年，越來越多的超導材料問世，它們都在不斷刷新臨界溫度。

而這篇發(fā)在Nature的論文，宣布他們創(chuàng)造出了首個不需要冷卻就能讓電阻消失的超導體，首次實現(xiàn)室溫超導。這直接打開了新世界的大門。

在比地球中心更大的壓力下，氫被認為表現(xiàn)得像超導金屬。向氫中加入其他元素——形成氫化物結構——可以增加“化學壓力”，減少對外部壓力的需求，并在被稱為金剛石壓砧的小型實驗室容器中能夠達到超導性。正如羅馬薩皮恩扎大學的理論物理學家Lilia Boeri所說，“這些氫化物是金屬氫在稍低壓力下的一種實現(xiàn)。”

2015年，德國馬普學會化學研究所物理學家Mikhail Eremets和他的同事報告了第一個超導氫化物：氫和硫的混合物，在巨大的壓力以及203K（約-70°C）的臨界溫度下，電阻急劇下降。這個溫度遠不及室溫，但比大多數(shù)超導材料的臨界溫度要高。一些物理學家認為，在混合物中加入第三種元素將給研究人員提供一個新的變量，使它們能夠更接近環(huán)境壓力——或室溫。

在2020年這篇Nature論文中，羅切斯特大學物理學家Ranga P. Dias和他的同事添加了碳元素，并把碳氫硫混合物裝載到金剛石壓砧（產(chǎn)生超高壓的裝置）中，在加壓的狀態(tài)下，用激光激發(fā)樣品發(fā)生化學反應，最后創(chuàng)造出一種新物質。他們報告說，測試顯示，在溫度為288K（約15°C）和壓力為267GPa（相當于大氣壓的260萬倍）時，電阻急劇下降甚至消失。

除了電阻消失外，科學家還發(fā)現(xiàn)另一個證明超導性的關鍵——這種物質在轉變溫度下會屏蔽磁場，這是超導體一項重要基本特征。

開發(fā)在室溫下零電阻和完全抗磁性的超導材料，是物理學家夢寐以求的。所以這篇論文的接收過程也非常順暢。Nature編輯部收到這篇文章是在7月21日，接收是在9月8日。文章發(fā)表至今已被引用363次。

論文一經(jīng)發(fā)表后，立即引起了很大爭議。后來，作者在2020年11月20日對文章進行了更正。2022年1月31日，作者在預印本平臺上提供了論文中與磁化率測量有關的原始數(shù)據(jù)。

2022年2月15日，Nature在該論文中附上了一份編輯說明，表示正在調查論文中的數(shù)據(jù)問題，建議讀者在引用時要謹慎。

9月26日，這篇論文顯示已被撤稿。

爭議不斷，抨擊該研究的一位專家被“禁言”

這兩年，關于常溫超導的爭論之聲此起彼伏。

美國加州大學圣地亞哥分校理論物理學家Jorge Hirsch是這篇成果的質疑者之一，他提出了強烈的指控。他認為，論文作者Dias和內華達大學拉斯維加斯分校的物理學者Ashkan Salamat發(fā)表的一些數(shù)據(jù)可能存在欺騙行為，“我認為它們是捏造的。”

Hirsch還指出，論文中的數(shù)據(jù)還與2009年Physical Review Letters的一篇關于高壓下銪超導性論文中的數(shù)據(jù)有可疑的相似之處。該研究由于磁化率數(shù)據(jù)不準確，去年已被撤回。

Physical Review Letters顯示已撤回高壓下銪超導性論文 圖片來源：期刊官網(wǎng)

巧的是，銪超導性論文的第一作者Mathew Debessai居然也是Nature這篇室溫超導論文的作者之一。他主要負責交流磁化率測量，為Dias的室溫超導研究提供了相應的測量數(shù)據(jù)。

在室溫超導的文章發(fā)表一個月后，Hirsch向論文作者Dias索要一些實驗的原始數(shù)據(jù)，想要對研究成果一探究竟，然而卻一再被拒絕。但Hirsch并未就此打住，他從室溫超導研究的共同作者那里獲得了一些數(shù)據(jù)。

2021年8月，Hirsch在知名預印本服務器arXiv和Physica C發(fā)表了關于室溫超導體交流磁化率可能存在學術造假的分析文章，開啟了一系列猛烈抨擊。然而，這篇“打假”文章于11月被Physica C刪除，于12月被arXiv刪除。

Hirsch的質疑文章被Physica C刪除 圖片來源：期刊官網(wǎng)

當時關于這個話題炒得沸沸揚揚，為了回應一些批評，Dias和Salamat于2021年11月在arXiv上發(fā)布了一篇論文，包含一些原始的敏感性數(shù)據(jù)。但康奈爾大學量子材料物理學家Brad Ramshaw說：“它提出的問題比解決的問題更多。從原始數(shù)據(jù)到發(fā)布數(shù)據(jù)的過程非常不透明。”

2021年12月，Hirsch對這些數(shù)據(jù)進行了再次剖析并提交了幾篇相關分析論文，以此回應Dias和Salamat。

然而，arXiv不但刪除了Hirsch的這幾篇論文，甚至還在今年2月禁止他在arXiv上發(fā)文章，“封鎖”時間長達6個月。

Hirsch向Dias所在的羅切斯特大學投訴，該大學稱在兩次調查中并沒有發(fā)現(xiàn)科學不端行為的證據(jù)。本月，Hirsch和另一位質疑者、日內瓦大學凝聚態(tài)物理學家Dirk van der Marel發(fā)表了他們的結論，認為Dias研究中的敏感性數(shù)據(jù)是“有問題的”。Dirk van der Marel對Nature的撤稿感到十分高興。

不過，Hirsch則認為，光撤回論文還不夠。他說這掩蓋了他所說的科學不端行為的證據(jù)，“我認為這才是一個真正的問題，不能就這樣草草了事。”

研究結果無法重復，作者否定所有指控

美國卡內基科學研究所物理學家Alexander Goncharov認為，Hirsch對交流磁化率測量數(shù)據(jù)的擔憂是合理的。Goncharov多次嘗試用Dias的方法合成這種室溫超導材料，但都失敗了。

Dias否定了所有指控，他表示，Hirsch不是高壓物理學專家。“我們認為他們的一些行為已經(jīng)轉變?yōu)槿松砉簟?rdquo;他說。“我們不會讓人們從遠處向我們扔泥巴。”

Eremets說，Dias的這項研究可能仍然是正確的。但他已經(jīng)嘗試了至少6次來重復結果，都失敗了。盡管Dias的團隊已經(jīng)分享了實驗的基礎數(shù)據(jù)，但說他們在細節(jié)方面不太愿意透露，比如他們在碳硫氫化物中使用了什么類型的碳。

Dias和同事仍然堅定他們的工作，并堅持聲稱研究結果得到了實驗和理論上的驗證。

“我們對Nature編委會的決定感到困惑和失望。”Dias說，他們已經(jīng)全體表達了極力反對，但Nature的編輯仍然采取了撤稿措施。

Eremets對Dias的新型超導體能否經(jīng)受住仔細檢查持懷疑態(tài)度。他相信，在艱難重復實驗的基礎上，有耐心的科研人員將從有問題的說法中篩選出氫化物的真正前景。“科學并不害怕這些東西，探索仍在繼續(xù)。”他說，“遲早會真相大白的。”

參考鏈接：

1.https://www.science.org/content/article/something-seriously-wrong-room-temperature-superconductivity-study-retracted

2.https://doi.org/10.1038/s41586-020-2801-z

3.https://arxiv.org/abs/2111.15017

標簽： Nature