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當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月26日，美國羅徹斯特大學(xué)Ranga Dias團(tuán)隊(duì)發(fā)表的室溫超導(dǎo)研究在歷經(jīng)兩年?duì)幾h后遭到Nature撤稿。這次撤稿行動中，Nature并沒有和該研究的作者達(dá)成共識，而是態(tài)度果決地撤下了這篇論文，轟動一時(shí)的室溫超導(dǎo)研究竟以一種不甚體面的方式慘淡收場。

實(shí)驗(yàn)加壓裝置金剛石壓砧

圖片來源：MIKE BRADLEY/BIGSLIDE

超導(dǎo)體現(xiàn)在前沿材料領(lǐng)域最受矚目的黑馬之一。雖然超導(dǎo)研究發(fā)展已逾百年，但目前超導(dǎo)材料的應(yīng)用仍存在極大限制——通常來說是需要維持極為嚴(yán)苛的低溫條件才能得到超導(dǎo)性質(zhì)。

近年來材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，使得超導(dǎo)材料的臨界溫度不斷突破。不過真正轟動性的發(fā)現(xiàn)在兩年前，2020 年，羅徹斯特大學(xué)Ranga Dias團(tuán)隊(duì)在Nature發(fā)表封面文章，研究宣稱在 267 GPa、287 K（約15 ℃）條件下實(shí)現(xiàn)了碳-硫-氫（CSH）體系超導(dǎo)，盡管該材料還只是在極端壓力條件下鍛造的碳、硫和氫的微粒，但它仍然極大地震撼了人們，因?yàn)槌瑢?dǎo)材料的低溫限制被攻破了，室溫（25℃）超導(dǎo)已經(jīng)近在咫尺。如果研究可靠，那么這種材料將很快應(yīng)用到核磁共振成像儀、磁懸浮鐵路、原子加速器和核聚變反應(yīng)堆等裝置中，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的飛躍性進(jìn)展。

但遺憾的是，這項(xiàng)研究似乎并不那么可靠。9月26日，Nature撤下了該論文。撤稿聲明顯示，該研究關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理、分析的有效性受到懷疑，盡管作者堅(jiān)持認(rèn)為原始數(shù)據(jù)能夠支持論文的主要結(jié)論，但過去兩年中其他科學(xué)家對研究數(shù)據(jù)的頻繁質(zhì)疑無疑削弱了論文可信度。佛羅里達(dá)大學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)家James Hamlin說：“人們質(zhì)疑這項(xiàng)研究已有相當(dāng)長一段時(shí)間。” 加州大學(xué)圣地亞哥分校理論物理學(xué)家Jorge Hirsch表示，僅僅是撤稿還不足夠，他認(rèn)為這反而掩飾了該研究中的學(xué)術(shù)不端現(xiàn)象：“我認(rèn)為這里面有大問題，你不能把它視作普通的意見分歧。”

這次撤稿的不尋常之處在于，Nature編輯不顧九位作者的反對采取了強(qiáng)制撤稿行為。雙方似乎最終也沒就撤稿問題達(dá)成任何共識。Dias表示：“我們堅(jiān)持我們的研究結(jié)論已經(jīng)在理論和實(shí)驗(yàn)上得到了驗(yàn)證?！?該研究的合著者、內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校物理學(xué)家Ashkan Salamat則指出，撤稿聲明并沒有質(zhì)疑研究結(jié)論最關(guān)鍵的部分——超導(dǎo)體電阻的下降。他說：“我們對Nature編委會的決策感到困惑和失望。”

科學(xué)家認(rèn)為，在高于地心的壓力條件下，氫能夠表現(xiàn)出超導(dǎo)金屬的性質(zhì)，被稱之為金屬氫。而向氫中加入其他元素并形成氫化物結(jié)構(gòu)，可以“化學(xué)地”增加材料壓力，從而減少材料對外部壓力的需求。在金剛石壓砧（一種超高壓裝置）中，這種氫化物材料能夠達(dá)到超導(dǎo)性。正如羅馬薩皮恩扎大學(xué)的理論物理學(xué)家Lilia Boeri所說，“這些氫化物材料是金屬氫在低壓力條件下的實(shí)現(xiàn)方式?！?/p>

2015年，德國馬普學(xué)會化學(xué)研究所物理學(xué)家Mikhail Eremets的團(tuán)隊(duì)報(bào)告了第一個(gè)超導(dǎo)氫化物：氫硫混合物。該材料的超導(dǎo)臨界點(diǎn)在極高的壓強(qiáng)下可以達(dá)到203K（約-70°C）。這個(gè)臨界溫度相比大多數(shù)超導(dǎo)材料已經(jīng)是進(jìn)步，但離室溫仍然很遙遠(yuǎn)。一些科學(xué)家則設(shè)想，在混合物中加入第三種元素，或可以將給材料賦予第三個(gè)變量，從而令超導(dǎo)臨界點(diǎn)更接近常溫常壓。Dias團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究即是這個(gè)思路，他們添加的第三種元素是碳，將碳-硫-氫體系裝載到金剛石壓砧中加壓后，創(chuàng)造出一種新材料。在壓力為267GPa（相當(dāng)于大氣壓的260萬倍）、溫度為288K（約15°C）時(shí)可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。

爭議焦點(diǎn)：磁化率數(shù)據(jù)

但是超導(dǎo)的特性不僅僅在于電阻的降低。超導(dǎo)體的另一個(gè)關(guān)鍵特征是完全抗磁性。完全抗磁性又稱邁斯納效應(yīng)，是指超導(dǎo)體從一般狀態(tài)相變至超導(dǎo)態(tài)的過程中對磁場的排斥現(xiàn)象。但要在金剛石壓砧中測量邁斯納效應(yīng)近乎不可能，因此科學(xué)家們轉(zhuǎn)而測量另一個(gè)相關(guān)量，即“磁化率”。但測量磁化率難度也不小，樣品尺度太小、高壓環(huán)境、實(shí)驗(yàn)組件嘈雜的背景磁信號。“這就好比在太陽出來時(shí)，試圖觀察星星”，Hamlin說。

Dias的研究的磁化率測量數(shù)據(jù)是導(dǎo)致撤稿的主要原因。Dias的團(tuán)隊(duì)報(bào)告說，他們在減去背景信號后測量到了磁化率數(shù)據(jù)，但卻沒有公布這一原始數(shù)據(jù)。針對部分批評，Dias 和 Salamat 在2021年將論文發(fā)布到 arXiv 預(yù)印本平臺，該版本包含了原始磁化率數(shù)據(jù)，并試圖解釋他們是如何減去背景信號的?？的螤柎髮W(xué)量子材料物理學(xué)家Brad Ramshaw表示：“這篇文章暴露出的新問題比它試圖回答的問題更多，從原始數(shù)據(jù)到發(fā)布數(shù)據(jù)的整個(gè)過程都非常不透明?！?/p>

Hirsch更是直接指控Dias 和 Salamat 造假。Dias的團(tuán)隊(duì)將部分?jǐn)?shù)據(jù)用平滑的多項(xiàng)式曲線擬合，但Hirsch聲稱，這對于嘈雜的實(shí)驗(yàn)室測量是不可能的，只能是一種捏造。Hirsch一直在arXiv抨擊 Dias 的研究，甚至因批評過于激烈而被暫時(shí)禁言。他還向羅切斯特大學(xué)投訴，但該大學(xué)在兩次調(diào)查中均沒有發(fā)現(xiàn)Dias 團(tuán)隊(duì)的任何學(xué)術(shù)不端證據(jù)。

撤稿后，Dias表示，他們計(jì)劃在不減去任何背景的情況下將論文重新提交給Nature，并表示僅從原始數(shù)據(jù)就能看出磁化率的變化。Salamat 還指出，Hirsch 和 Van der Marel 兩個(gè)“批評主力”并不是高壓實(shí)驗(yàn)專家。他說：“我們認(rèn)為他們的一些行為已經(jīng)轉(zhuǎn)向人身攻擊，我們只是不愿讓人大老遠(yuǎn)地來抹黑我們?！?據(jù)悉，Dias 已經(jīng)致函Van der Marel 就職Hirsch的學(xué)校交涉。

Eremets表示，關(guān)于CSH超導(dǎo)材料，Dias的研究可能仍然是正確的。即便他本人至少嘗試了六次，也沒復(fù)現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。不過Eremets表示，這可能是因?yàn)镈ias團(tuán)隊(duì)在分享實(shí)驗(yàn)方案的細(xì)節(jié)上有所保留。Salamat則表態(tài)稱，歡迎同行到他們的實(shí)驗(yàn)室觀察他們的實(shí)驗(yàn)，并同時(shí)提到今年7月就有一份CSH復(fù)制樣本發(fā)表。但批評者質(zhì)疑該復(fù)制研究的獨(dú)立性，因?yàn)樗怯?Salamat 的小組領(lǐng)導(dǎo)的，并且有多位原論文作者參與。

在學(xué)界爭論不休的時(shí)候，Dias 和 Salamat已經(jīng)邁開了創(chuàng)業(yè)的腳步。兩人共同創(chuàng)立了一家名為 Unearthly Materials 的公司，以研發(fā)商用室溫超導(dǎo)體。Salamat 宣告：“我們已處于高溫超導(dǎo)新時(shí)代的大門前?！钡獷remets仍舊懷疑Dias的新型超導(dǎo)體能否經(jīng)得起檢驗(yàn)。但他堅(jiān)信真相很快就會清楚明白?！翱茖W(xué)不懼檢驗(yàn)，真相遲早來臨”，他說。

參考文獻(xiàn)：

[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