南京大學聞海虎團隊重復實驗再次推翻美國室溫超導轟動性研究?
3月15日,溫的團隊在預印本網站arXiv上提交了一份包括9名作者的16頁研究論文,直接否定了迪亞斯的研究結論。論文的結論是:“我們的實驗清楚地表明,從環境壓力到6.3GPa,溫度低至10 K,镥氮氫材料LuH2 xNy不存在超導性”,這距離Dias的研究發布只有8天。如果被錘到,迪亞斯又要被打臉了。重復Dias實驗
3月7日,在美國物理學會會議上看到迪亞斯報告的結果后,文胡亥迅速安排重復實驗。“我們的初步樣品很快就出來了,然后做了一些調整。”。為什么效率這么高?文說,這是他們團隊加班加點的結果。事實上,這種復制實驗“并不十分困難”,但“仍然很難測量”,因為它需要精細的信號,數據分析也很困難。好在他們“平時積累不錯”。
這個實驗沒有完全復制。文胡亥發現迪亞斯給出的樣品制備方案幾乎不可能,于是他們結合自身條件,用一種全新的方式合成,得到了镥氮氫材料。X射線衍射儀顯示該材料的結構與Dias幾乎相同,能量色散X射線譜儀也發現了氮。
文的團隊隨即測量了該材料在6萬個大氣壓以下不同壓力下的電阻,發現低至10 K也不存在超導,同時他們還做了仔細的磁化測量,發現不存在超導所需的反磁信號。文胡亥說,這些發現足以否定迪亞斯在室溫和低壓下的超導結論。
因為Dias沒有說明其研究材料中的氮含量,所以目前只能從物質結構方面來討論。文說,雖然樣品中的氮含量可能不同,但物質結構是相同的,三種元素都是。在這種情況下,應該會產生超導。"不能說這種成分的變化將決定超導性或非超導性."
為什么Dias的制樣方案不可行?迪亞斯的方案是用兩個小鉆石在65攝氏度下將微腔中的镥、氮和氫加壓到1萬個大氣壓。文分析說,Dias的材料制備方法明顯不合理。65攝氏度太低了,在這個溫度下金屬能和氮氣、氫氣發生反應是不可想象的。
文胡亥說,迪亞斯可能給了一個錯誤的條件<愛尬聊_百科詞條>,也許是因為溫度少了一個“0”,“除非用激光加熱,否則很難做成”,但迪亞斯沒有提到激光。文的研究小組用高溫高壓爐進行燃燒,很快就得到了氮氫镥材料。文胡亥認為它更嚴格。他說,這種材料在幾十萬個大氣壓下是否會出現高溫超導,還不能下結論。“我們也在做。”需要更多的驗證。
從1968年到今天,物理學家一直在研究與氫有關的超導性質。硫化氫、稀土氫化物和堿土金屬氫化物在超過200K K的溫度下可以轉變為超導狀態,Dias團隊這次用氮氣取代了氫化镥中的部分氫,并聲稱超導性是在最高轉變溫度1GPa和20攝氏度下測得的。如果得到證實,這將是前所未有的進步。
此前,中國科學院物理研究所研究員金長青提到了迪亞斯研究的幾個疑點細節,包括合成樣品的結構不清楚和氫含量低。為什么氫的含量如此重要?這與學術界對超導的一種固有認識有關。一般來說,超導材料中氫含量越高,超導轉變溫度越高。
加州州立大學北嶺分校計算化學家、副教授苗生茂告訴《中國科學報》,富氫超導體和低氫超導體是“完全不同的體系”,迪亞斯的結論顛覆了現有的認識。比如十氫化鑭的超導轉變溫度是零下13攝氏度,已經很高了;而在Dias的镥氮氫材料中,镥:氫的摩爾比小于3,遠低于十氫化鑭,但其超導轉變溫度高于十氫化鑭。
苗生茂說,很難想象Dias的鐠氮氫材料會成為電-聲子耦合超導體。基于電子-聲子耦合理論,計算出這種材料的超導轉變溫度應該在十k以上,他提出,高壓實驗很難做,樣品特別小,合成條件很難做到非常均勻,信號測量的噪聲很大,這些都是容易誤判的因素。除了文團隊的論文,最近還發表了幾篇關于镥氫材料的類似研究。
更早的研究來自金長青的團隊。3月9日,他們在arXiv發表了一項研究,稱氫氧化镥在218GPa壓力下的超導轉變溫度為71k;當壓力釋放到181GPa時,超導轉變溫度下降到65 K,這些超導轉變溫度遠低于室溫。3月12日,中國科學院物理研究所研究員成進廣在arXiv上發布了另一項研究。雖然他們的材料中沒有添加氮,但他們在高達7.7GPa的壓力下對二氫镥的測量表明,在低至1.5K K的溫度下沒有超導性。
值得注意的是,迪亞斯的兩次“犯罪記錄”讓人無法對他的研究放心。可測試性、可重復性和透明度是科學研究可信度的重要因素。Dias之前的兩項重要研究,包括發表在《中國科學報》雜志上的金屬氫的研究和發表在《科學》雜志上的碳氫-硫超導電性的研究,都沒有這些因素。
《自然》雜志也注意到了迪亞斯的過去。美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的金長青和大衛切伯利在本刊上發表評論文章稱,由于迪亞斯關于氫硫化物高溫超導性的論文被撤回,其最新研究的獨立測量數據將有助于消除疑慮。
苗也提醒,既然《自然》雜志接受了Dias的工作,就要認真討論。如果要否定他的工作,需要更多的證據和反復驗證,應該很快會有幾篇驗證論文發表。相關論文資料:https://doi.org/10.48550/arXiv.2303.08759.