物理學(xué)界又被扔下一枚核彈！
還是因?yàn)槟鞘铺祗@、看上去分分鐘要把諾獎(jiǎng)斬獲馬下的四個(gè)字：
室溫超導(dǎo)。
【資料圖】
并且這次，來(lái)自羅徹斯特大學(xué)的Ranga Dias團(tuán)隊(duì)，給出的結(jié)果壓強(qiáng)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(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓就會(huì)出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。
p.s. 人類(lèi)已經(jīng)可以在5-6萬(wàn)個(gè)大氣壓下合成鉆石。
在拉斯維加斯，最新成果的發(fā)布現(xiàn)場(chǎng)，小小報(bào)告廳里擠滿(mǎn)了各路物理大牛。包括高溫超導(dǎo)先驅(qū)朱經(jīng)武教授，以及此前一直在質(zhì)疑室溫超導(dǎo)的日內(nèi)瓦大學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)家Dirk van der Marel。
圖源：周華@aps，左一為朱經(jīng)武
而在報(bào)告廳外，更是擠滿(mǎn)了大批未能入場(chǎng)的物理學(xué)研究者，以至于保安需要不斷驅(qū)散人群，防止消防隱患。
就在今天凌晨，Nature還正式發(fā)表了Dias團(tuán)隊(duì)的新論文。時(shí)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(guān)注？
畢竟如果室溫超導(dǎo)成真，那么超導(dǎo)磁體相關(guān)研究，如粒子對(duì)撞機(jī)、可控核聚變、量子計(jì)算機(jī)等，都將獲得新突破，還能降低我們?nèi)粘Ｉ钪须娏鬏敁p耗的問(wèn)題……總之是物理層面巨大的突破。
消息傳開(kāi)，全球都炸鍋了。
相關(guān)問(wèn)題直接連夜沖上知乎熱搜第一。
Reddit上，這一話(huà)題的熱度也是隔幾分鐘就往上竄一竄。
狀態(tài)嘛，就是一整個(gè)興奮期待又充滿(mǎn)猶疑。
興奮的是，盡管1GPa的壓力值仍然很高（約為1萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），但在物理學(xué)中，已經(jīng)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(tuán)隊(duì)有黑歷史——去年10月，該團(tuán)隊(duì)登上Nature封面的“首個(gè)室溫超導(dǎo)體”論文，被Nature強(qiáng)制撤稿。
原因是Nature認(rèn)為Dias他們的數(shù)據(jù)處理方式有問(wèn)題。并且其實(shí)驗(yàn)結(jié)果也一直未能被成功復(fù)現(xiàn)。
這位老哥又搞啥大新聞？
不管怎么說(shuō)，咱們還是先來(lái)看一下這枚“核彈”究竟包含哪些內(nèi)容。
美國(guó)物理學(xué)會(huì)年會(huì)（APS）現(xiàn)場(chǎng)，科普了好幾分鐘超導(dǎo)發(fā)展史后，Ranga Dias突然拿出重頭戲——團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的又雙叒一個(gè)室溫超導(dǎo)新材料。
這種材料由镥-氮-氫（Lu-N-H）構(gòu)成，它最爆炸的點(diǎn)在于，超導(dǎo)現(xiàn)象不僅能在21℃的室溫條件下實(shí)現(xiàn)，壓強(qiáng)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(chēng)在15℃、267GPa壓強(qiáng)條件下，實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)，當(dāng)時(shí)已經(jīng)震驚了一眾人。
另外，就連合成金剛石都需要5GPa壓強(qiáng)和1400℃高溫……
當(dāng)然，1GPa仍然不是一個(gè)小數(shù)目，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的10000倍（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓約為101.325kPa）。
Ranga Dias在會(huì)議摘要中更是宣稱(chēng)：
有了這種材料，近常壓超導(dǎo)和應(yīng)用技術(shù)的黎明已經(jīng)到來(lái)。
這種材料是怎么做出來(lái)的呢？
團(tuán)隊(duì)先是從镥和氫的化合物上入手，測(cè)量了一通數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在加入一點(diǎn)氮后，材料達(dá)成超導(dǎo)條件所需的溫度數(shù)值變高了，最終合成了這種室溫超導(dǎo)材料。
所以，團(tuán)隊(duì)如何判斷自己的材料達(dá)到了超導(dǎo)條件？
理論上來(lái)說(shuō)，仍然得靠?jī)蓚€(gè)效應(yīng)判斷。
一個(gè)是完全抗磁性，又稱(chēng)邁斯納效應(yīng)，能讓超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，及超導(dǎo)體排斥體內(nèi)的磁場(chǎng)。這種特性最大的用途是用來(lái)做磁懸浮。
另一個(gè)則是零電阻效應(yīng)，指的是某種材料在常溫時(shí)是導(dǎo)體、半導(dǎo)體甚至絕緣體，但當(dāng)溫度下降到某一特定值時(shí)，它的直流電阻突然下降為零。
通常用邁斯納效應(yīng)測(cè)量起來(lái)比較困難，不少研究用的都是零電阻效應(yīng)的判斷方法，即在某種條件下觀察到材料電阻變?yōu)?。
但具體到實(shí)驗(yàn)測(cè)量上就又沒(méi)這么簡(jiǎn)單了。
這是因?yàn)樵诰唧w實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際能測(cè)量的合成物樣本往往非常小（使用金剛石等裝置加壓時(shí)，最大的壓力只在兩個(gè)金剛石的“尖對(duì)尖”之間出現(xiàn)），導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果可能出現(xiàn)偏差。
與此同時(shí)，測(cè)量電阻值還需要給樣品加上額外的裝置，這又會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度進(jìn)一步提出要求，因此在獲取測(cè)量數(shù)據(jù)后，往往還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，來(lái)判斷材料是否達(dá)成了室溫超導(dǎo)條件。
從數(shù)據(jù)測(cè)量方法上，團(tuán)隊(duì)仍然采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(hào)。
這是在進(jìn)行背景減法前的數(shù)據(jù)和處理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
這是團(tuán)隊(duì)測(cè)量這種材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)所需的溫度條件和壓強(qiáng)圖，其中在1GPa的時(shí)候，材料能在接近21℃的溫度條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)：
但比較奇怪的是，從上面這張圖來(lái)看，隨著壓力繼續(xù)增大，材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的溫度數(shù)值又變低了……
遺憾的是，Dias的這次分享并沒(méi)有開(kāi)放現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)環(huán)節(jié)。
這次新材料的測(cè)量結(jié)果和數(shù)據(jù)是否真實(shí)，還得交給學(xué)術(shù)界的研究者去仔細(xì)鑒別。
研究者爭(zhēng)議纏身
但正如不少網(wǎng)友所提醒的那樣，Ranga Dias其人，確實(shí)爭(zhēng)議纏身。
前文說(shuō)到，在2020年的時(shí)候，Dias就宣布一種由氫-硫-碳三種元素組成的新材料可以實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)（15℃，267GPa）。
盡管壓力條件相較此次給出的結(jié)果，距離實(shí)際應(yīng)用更遠(yuǎn)，但作為“首個(gè)室溫超導(dǎo)成果”，這項(xiàng)研究在當(dāng)時(shí)同樣轟動(dòng)了學(xué)界，還登上了Nature封面。
然而，就在這篇論文發(fā)表后的兩年間，圍繞這項(xiàng)研究，可謂爭(zhēng)議不斷。其他實(shí)驗(yàn)室反復(fù)嘗試，都未能復(fù)現(xiàn)結(jié)果。
2021年8月25日，一個(gè)核心爭(zhēng)議點(diǎn)被揪了出來(lái)：論文的磁化率數(shù)據(jù)有問(wèn)題。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是Dias團(tuán)隊(duì)在處理原始數(shù)據(jù)時(shí)，用特殊方法對(duì)背景噪聲進(jìn)行了去除，但在論文中卻沒(méi)有針對(duì)這一數(shù)據(jù)處理方法，給出合理的解釋。
提出h指數(shù)的理論物理學(xué)家Jorge Hirsch在驗(yàn)證數(shù)據(jù)之后，直接質(zhì)疑Dias團(tuán)隊(duì)用多項(xiàng)式曲線(xiàn)擬合數(shù)據(jù)“是一種捏造”，是“一場(chǎng)科學(xué)騙局”。
到了2022年年底，這一出造假疑云發(fā)展到高潮：Nature直接不管9位論文作者的集體抗議，強(qiáng)制撤下了他們的封面文章。
對(duì)于這一結(jié)果，Dias的團(tuán)隊(duì)顯然并不服氣。上個(gè)月，他們又在arXiv上發(fā)了篇新文章，把大家質(zhì)疑的種種數(shù)據(jù)重新測(cè)了一遍。
不過(guò)這一次，超導(dǎo)現(xiàn)象出現(xiàn)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(zhēng)議之中，Dias卻已經(jīng)為自己搞出的新材料成立公司，基于現(xiàn)有研究成果來(lái)開(kāi)發(fā)商用室溫超導(dǎo)體。
除了這事兒外，Dias老哥博士后期間發(fā)表的一篇論文也惹出過(guò)麻煩。
當(dāng)時(shí)，他所在的哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)宣布合成出了首個(gè)金屬氫，論文發(fā)表在Science上。Dias正是該論文的第一作者。
離譜的是，論文發(fā)表后，研究團(tuán)隊(duì)稱(chēng)由于操作失誤，該金屬氫樣本已經(jīng)損毀或消失。
“還需等同行復(fù)現(xiàn)”
對(duì)于這次新成果，不同的網(wǎng)友也有不同的看法。
有一批網(wǎng)友已經(jīng)嗨了：
要是室溫超導(dǎo)真的實(shí)現(xiàn)，意味著包括可控核聚變、量子計(jì)算在內(nèi)的領(lǐng)域，全都會(huì)被新的技術(shù)顛覆。
甚至還有網(wǎng)友表示，這要是能整出來(lái)，絕對(duì)是諾獎(jiǎng)級(jí)的研究成果。
還有網(wǎng)友已經(jīng)開(kāi)始探討這種新材料的商業(yè)化落地可能性了。
但與此同時(shí)，也有不少網(wǎng)友發(fā)現(xiàn)了這里面的問(wèn)題，整體抱持一種謹(jǐn)慎態(tài)度。
一方面，有網(wǎng)友已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)老哥黑歷史比較多：
另一方面也有網(wǎng)友表示，對(duì)于這類(lèi)研究，最好還是等一等同行復(fù)現(xiàn)的結(jié)果：
這次結(jié)果仍然只是一家之言，而不是同行評(píng)議的結(jié)果。
而量子位一位不愿透露姓名的南大凝聚態(tài)物理碩士已經(jīng)表示：
魚(yú)羊 蕭簫 發(fā)自 凹非寺 量子位 | 公眾號(hào) QbitAI
論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05742-0
參考鏈接：
[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