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21℃實現室溫超導研究成果發布會現場被人群擠爆

21℃實現室溫超導研究成果發布會現場被人群擠爆

2023-03-09 Comments 0 Comment

物理學界又被扔下一枚核彈!還是因為那石破天驚、看上去分分鐘要把諾獎斬獲馬下的四個字:室溫超導。並且這次,來自羅徹斯特大學的Ranga Dias團隊,給出的結果壓強更低,臨界溫度更高:新材料在約21℃的室溫條件下,加壓到1萬個標準大氣壓就會出現超導現象。

ps 人類已經可以在5-6萬個大氣壓下合成鑽石。

在拉斯維加斯,最新成果的發布現場,小小報告廳裡擠滿了各路物理大牛。包括高溫超導先驅朱經武教授,以及此前一直在質疑室溫超導的日內瓦大學凝聚態物理學家Dirk van der Marel。

△圖源:周華@aps,左一為朱經武

而在報告廳外,更是擠滿了大批未能入場的物理學研究者,以至於保安需要不斷驅散人群,防止消防隱患。

就在今天凌晨,Nature還正式發表了Dias團隊的新論文。時間戳顯示,這篇論文在2022年8月投出,今年1月18日被Nature接收。

這事為何如此受關注?

畢竟如果室溫超導成真,那麼超導磁體相關研究,如粒子對撞機、可控核聚變、量子計算機等,都將獲得新突破,還能降低我們日常生活中電力傳輸損耗的問題……總之是物理層面巨大的突破。

消息傳開,全球都炸鍋了。

相關問題直接連夜衝上知乎熱搜第一。

Reddit上,這一話題的熱度也是隔幾分鐘就往上竄一竄。

狀態嘛,就是一整個興奮期待又充滿猶疑。

興奮的是,儘管1GPa的壓力值仍然很高(約為1萬個標準大氣壓),但在物理學中,已經是從高壓到近常壓的重大突破。

猶疑的是,事情很大條,但研究團隊有黑歷史——去年10月,該團隊登上Nature封面的“首個室溫超導體”論文,被Nature強制撤稿。

原因是Nature認為Dias他們的數據處理方式有問題。並且其實驗結果也一直未能被成功復現。

這位老哥又搞啥大新聞?

不管怎麼說,咱們還是先來看一下這枚“核彈”究竟包含哪些內容。

美國物理學會年會(APS)現場,科普了好幾分鐘超導發展史後,Ranga Dias突然拿出重頭戲——團隊發現的又雙叒一個室溫超導新材料。

這種材料由镥-氮-氫 (Lu-NH)構成,它最爆炸的點在於,超導現像不僅能在21℃的室溫條件下實現,壓強還從上百GPa降低到了1GPa。

原本Nature那篇(撤稿的)論文介紹的新材料由氫-硫-碳組成,宣稱在15℃、267GPa壓強條件下,實現了室溫超導,當時已經震驚了一眾人。

另外,就連合成金剛石都需要5GPa壓強和1400℃高溫……

當然,1GPa仍然不是一個小數目,相當於標準大氣壓的10000倍(標準大氣壓約為101.325kPa)。

Ranga Dias在會議摘要中更是宣稱:

有了這種材料,近常壓超導和應用技術的黎明已經到來。

這種材料是怎麼做出來的呢?

團隊先是從镥和氫的化合物上入手,測量了一通數據,發現在加入一點氮後,材料達成超導條件所需的溫度數值變高了,最終合成了這種室溫超導材料。

所以,團隊如何判斷自己的材料達到了超導條件?

理論上來說,仍然得靠兩個效應判斷。

一個是完全抗磁性,又稱邁斯納效應,能讓超導體內部的磁感應強度為零,及超導體排斥體內的磁場。這種特性最大的用途是用來做磁懸浮。

另一個則是零電阻效應,指的是某種材料在常溫時是導體、半導體甚至絕緣體,但當溫度下降到某一特定值時,它的直流電阻突然下降為零。

通常用邁斯納效應測量起來比較困難,不少研究用的都是零電阻效應的判斷方法,即在某種條件下觀察到材料電阻變為0。

但具體到實驗測量上就又沒這麼簡單了。

這是因為在具體實驗中,實際能測量的合成物樣本往往非常小(使用金剛石等裝置加壓時,最大的壓力只在兩個金剛石的“尖對尖”之間出現),導致測量結果可能出現偏差。

與此同時,測量電阻值還需要給樣品加上額外的裝置,這又會對實驗測量精度進一步提出要求,因此在獲取測量數據後,往往還需要對數據進行處理,來判斷材料是否達成了室溫超導條件。

從數據測量方法上,團隊仍然採用了和上次相似的一種方法——使用背景減法消除嘈雜背景信號。

這是在進行背景減法前的數據和處理後的實驗結果:

這是團隊測量這種材料實現超導所需的溫度條件和壓強圖,其中在1GPa的時候,材料能在接近21℃的溫度條件下實現超導:

但比較奇怪的是,從上面這張圖來看,隨著壓力繼續增大,材料實現超導的溫度數值又變低了……

遺憾的是,Dias的這次分享並沒有開放現場提問環節。

這次新材料的測量結果和數據是否真實,還得交給學術界的研究者去仔細鑑別。

研究者爭議纏身

但正如不少網友所提醒的那樣,Ranga Dias其人,確實爭議纏身。

前文說到,在2020年的時候,Dias就宣布一種由氫-硫-碳三種元素組成的新材料可以實現室溫超導(15℃,267GPa)。

儘管壓力條件相較此次給出的結果,距離實際應用更遠,但作為“首個室溫超導成果”,這項研究在當時同樣轟動了學界,還登上了Nature封面。

然而,就在這篇論文發表後的兩年間,圍繞這項研究,可謂爭議不斷。其他實驗室反复嘗試,都未能複現結果。

2021年8月25日,一個核心爭議點被揪了出來:論文的磁化率數據有問題。

簡單來說,就是Dias團隊在處理原始數據時,用特殊方法對背景噪聲進行了去除,但在論文中卻沒有針對這一數據處理方法,給出合理的解釋。

提出h指數的理論物理學家Jorge Hirsch在驗證數據之後,直接質疑Dias團隊用多項式曲線擬合數據“是一種捏造”,是“一場科學騙局”。

到了2022年年底,這一出造假疑雲發展到高潮:Nature直接不管9位論文作者的集體抗議,強制撤下了他們的封面文章。

對於這一結果,Dias的團隊顯然並不服氣。上個月,他們又在arXiv上發了篇新文章,把大家質疑的種種數據重新測了一遍。

不過這一次,超導現像出現的溫壓條件有所變化:在133Gpa條件下,氫-硫-碳化合物的臨界溫度為260K,約為零下13℃。

但在爭議之中,Dias卻已經為自己搞出的新材料成立公司,基於現有研究成果來開發商用室溫超導體。

除了這事兒外,Dias老哥博士後期間發表的一篇論文也惹出過麻煩。

當時,他所在的哈佛大學團隊宣布合成出了首個金屬氫,論文發表在Science上。Dias正是該論文的第一作者。

離譜的是,論文發表後,研究團隊稱由於操作失誤,該金屬氫樣本已經損毀或消失。

“還需等同行複現”

對於這次新成果,不同的網友也有不同的看法。

有一批網友已經嗨了:

要是室溫超導真的實現,意味著包括可控核聚變、量子計算在內的領域,全都會被新的技術顛覆。

甚至還有網友表示,這要是能整出來,絕對是諾獎級的研究成果。

還有網友已經開始探討這種新材料的商業化落地可能性了。

但與此同時,也有不少網友發現了這裡面的問題,整體抱持一種謹慎態度。

一方面,有網友已經發現,這個老哥黑歷史比較多:

另一方面也有網友表示,對於這類研究,最好還是等一等同行複現的結果:

這次結果仍然只是一家之言,而不是同行評議的結果。

而量子位一位不願透露姓名的南大凝聚態物理碩士已經表示:

物理界炸了! 21℃實現室溫超導:賭城現場被人群擠爆

來源:量子位

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