• 2023-03-20 17:30:13 　来源：超电实验室　E1725G0

作者|王磊 来源|超电实验室(ID：SuperEV-Lab)

原制备方案几乎不可行

让全球炸锅的室温超导，被中国团队彻底打脸了。

“这个结论肯定是推翻了，毋庸置疑的。”

南京大学超导物理和材料研究中心主任闻海虎一点没留情面，他和团队在预印本网站arXiv提交了一篇包括9名作者、长达16页的研究论文后，直接推翻了美国科学家“室温超导”的说法。

来源：arxiv

论文结果显示：从环境压力到6.3GPa，温度低至10K（约-263摄氏度），镥氮氢材料LuH2±xNy中不存在超导性。

这是南京大学的闻海虎团队在重复试验后得出的结论。

01

复刻试验过程不可行

美国罗彻斯特大学Ranga Dias团队原试验过程

他们在超导技术中使用了一种新的元素组合，由氢、氮和镥制成的材料，而且新引入了一种之前的超导材料中都没见过的元素—镥（LU Lutetium)，Dias表示他们使用了一种名字叫镥箔的稀有金属。

他们将这个新的组合取名为三元镥氮氢体系，迪亚斯表示，它能在室温和不太高的压力环境条件下表现出超导性。

在试验过程中，Dias团队将镥箔这种金属片，挤压在两个钻石之间，然后把含有99%的氢气和1%的氮气通过气泵打入他们这个称为“金刚石压砧（diamond anvil cell）”的装置中，最后测量化合物的变化。

来源：Nature

通过施加不同倍率的大气压，观察镥氮氢化合物的变化。Dias团队测试了从3000 到 30000 倍的大气压后发现，一开始镥箔变蓝，混合物转变为粉红色，最后变为深红色直至失去金属特性。

来源：Nature

最终Dias发现，镥氮氢化合物在 1GPa 的压力下，磁测量结果表明，这些样品可以排斥外部施加的磁场，而这一现象正是超导体的标志（迈斯纳效应），此时的温度仅在294K（开尔文），约合室温下的21℃。

Dias被质疑的点主要在于，他结论的得出，有人认为是基于从原始信号中减去对背景的处理，否则便没有零电阻状态和对超导体所预期的完美抗磁性。

而超导现象具有明确的定义，不能以“减背景方式”处理数据。

另外，从颜色变化上，让人感觉有一些“不合常规”，因为在此前的高临界温度的超导体都是清一色的黑色，甚至可以是黑得发亮。

更不用提Dias的镥氮氢材料会成为一个电声子耦合超导，基于电声子耦合理论计算得出，这个材料的超导转变温度应该在十几K。

好在Dias公布的实验条件根本不苛刻，其他实验室对于Dias成果进行同条件重复实验不是什么困难的事情。

南京大学的闻海虎教授和他的团队就Dias论文中提供的信息，复刻了Ranga Dias的材料配方和实验路径。

来源：南京大学

南京大学试验过程

3月7日，Dias在美国物理学会的会议上发表了研究论文后，闻海虎团队就根据Dias的说法就进行了初步的试验。

尴尬的是，试验刚开始就出现了问题，闻海虎团队在试验过程发现，Dias制备样品的方案几乎不可行。

闻海虎认为，在65摄氏度的条件下能产生金属和氮气、氢气的反应，这个化学反应本身就是不可思议的，所以用两个小金刚石对微腔中的镥、氮气和氢气在65摄氏度下加压到1万个大气压这个方案并不合理。

于是他们结合自己的条件，采用了高温高压炉来煅烧进行合成并成功得到了镥氮氢材料，颜色是深蓝色。X射线衍射仪技术检查显示，该材料结构与Dias的样品几乎一致，且能量色散X射线光谱仪分析也发现了氮元素。

来源：arxiv

获得了氮掺杂氢化镥（LuH2±xNy）材料后，将其置于1GPa~6GPa的压强环境下，通过将压力从1 GPa增加到6 GPa，金属行为逐渐优化，但在10 K以下并没有显示超导性。

来源：arxiv

虽然确实在300 K左右的温度条件下看到了一些电阻数据的变化，但闻海虎团队认为应该是材料结构引起的变化，可以认定为是一种相变，但绝不是超导相变。

磁化温度依赖性显示在100至320 K之间大致为平坦特征，并且磁化在100 K时随着磁场增加而增加，这些都不符合在100 K时的超导性质。

来源：arxiv

另外，因为Dias没有说明其研究材料中的氮含量，目前只能以材料结构来讨论。闻海虎认为尽管样品中氮含量或许有所不同，但是材料结构一样，这个情况下要有超导就应该产生了，“不能说那一点成分的改变会决定超导或不超导”。

因此，他们得出结论，在低于6 GPa的压力下，氮掺杂的镥化氢中不存在近常温超导性。

当然任何东西不能一概而论，所以目前他们正在进行几十万个大气压下这种化合物会不会出现高温超导性。

02 

多次遭遇质疑

事实上，在南京大学提出这次质疑之前，就有两家国内团队对Dias的研究成果提出过质疑，不过这次南京大学的实验结果更像是一次按住实锤。

早在Dias在物理学会议上发表完后仅仅两天，来自国内的中科院物理所靳常青研究员团队对Dias使用的稀土氢化物超导体提出过质疑。

毕竟稀土元素作为目前热门的超导材料，特别是稀土氢化合物，在2019年就已经明确了这种材料，高温高压下就能发生超导，镥元素作为稀土系的最后一个元素，自然有不少研究团队上手研究过其超导特质。

靳常青的团队恰好就是其中的一员，他们表示镥氢化物确实是一种超导材料，只不过它无法在只有几G的大气压强下就实现超导，更不要说室温常压超导了。

靳常青教授的实验结果显示，在218 GPa的压强下，氢化镥的超导转变温度是71 K（约-202摄氏度），如果压强降低到181 GPa的话，转变温度会降低到65 K（约-208摄氏度），这些超导转变温度都远远低于室温。

值得注意的是，靳常青团队发现的镥氢化物超导体，分子式是Lu₄H₂₃，“含氢量”要远大于Dias团队公布的LuH₃₋ₓNy。

在本篇文章的上面曾提到过，业内的不少大佬们对Dias试验过程中颜色变化上，让人感觉有一些“不合常规”。

迪亚斯表示该材料在制备之初是“有光泽的蓝色”，而其逐渐被压缩时，开始发生超导，逐渐由蓝色变为粉红色，然后变成了鲜红色的非超导金属状态。

中科院物理所的程金光研究员团队就关注了Dias所展示的样品所显示出的与众不同的颜色变化。他的这次实验重在重现深蓝色的氢化镥的颜色变化过程中会不会出现超导现象。

其在预印本网站arXiv提交的论文表示，氢化镥在约2.2 GPa时由蓝色变成粉红色，在约4 GPa时又变成亮红色，这与Ranga Dias团队所发表的实验结果非常类似。

 来源：arxiv

然而程金光的团队将这种材料一直加压到7.7GPa，温度一直降低到1.5K，仍然没有看到丝毫超导的迹象。

但可惜的是程金光团队的工作并没有掺杂氮，成分的不同，严格来说也不能算是对Dias研究的完整验证。

来源：arvix

值得注意的是，在闻海虎团队的试验过程中，并没有看到材料颜色在高压下的变化。

所以，Dias的材料颜色变化和所谓“室温超导”到底有没有直接联系，还是一个大大的问号。

03 

学术需严谨

Ranga Dias作为一名印度裔科学家，研究涉及高温超导、新型材料合成、高压NV光学磁力测量、高能量密度物理学等多领域。

来源：罗切斯特大学

2020年10月15日，Ranga Dias和团队称，他们实现了在15℃下的碳氢硫化物超导，压强则需要267GPa（1GPa=10kbar）。

继而发表在当时的Nature杂志上，一度被誉为是室温超导“里程碑”成果。然而好景不长，其实验数据被认为是捏造的，而倍受质疑。

最终Ranga Dias和团队的论文在去年9月26日被《自然》杂志撤稿，理由是研究人员在研究关键数据处理、分析的有效性上存在违规行为。

来源：Nature

不止是这一次“学术诈骗”的前科，Dias在哈佛大学物理系做博士后的期间，Dias称在实验室合成了金属氢，并且发了Science杂志，但后来金属氢这篇文章莫名消失在论文网站上了。

因为有这些前科，不少网友已经把Ranga Dias当作骗子，并称他和团队是作假的惯犯，

这也是诸位大佬们为什么会执着于对Dias的研究急于求证，一方面是因为其成果所具有的革命性，另一方面还不是因为Dias的两次“前科”。

靳常青教授就曾表示，因为Dias关于碳硫氢化物高温超导的论文被撤回，对其最新研究的独立测量数据将有助于消除疑虑。

从上一次Dias课题组的“C-S-H室温超导”存活了712天后被Nature杂志强制撤稿，这一次“Lu-H-N近常压室温超导”仅仅存活几天就被来回证伪。

截至目前，Dias本人对于质疑只表示有信心过审，但最终能不能实现，还需要交给时间。

编者按：本文转载自微信公众号：超电实验室(ID：SuperEV-Lab)，作者：王磊 

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