大反轉！南京大學團隊推翻美室溫超導技術，復刻實驗沒發現超導現象

作者|王磊 來源|超電實驗室(ID：SuperEV-Lab)

原制備方案幾乎不可行

讓全球炸鍋的室溫超導，被中國團隊徹底打臉了。

“這個結論肯定是推翻了，毋庸置疑的。”

南京大學超導物理和材料研究中心主任聞海虎一點沒留情面，他和團隊在預印本網站arXiv提交了一篇包括9名作者、長達16頁的研究論文后，直接推翻了美國科學家“室溫超導”的說法。

來源：arxiv

論文結果顯示：從環境壓力到6.3GPa，溫度低至10K（約-263攝氏度），镥氮氫材料LuH2±xNy中不存在超導性。

這是南京大學的聞海虎團隊在重復試驗后得出的結論。

01

復刻試驗過程不可行

美國羅徹斯特大學Ranga Dias團隊原試驗過程

他們在超導技術中使用了一種新的元素組合，由氫、氮和镥制成的材料，而且新引入了一種之前的超導材料中都沒見過的元素—镥（LU Lutetium)，Dias表示他們使用了一種名字叫镥箔的稀有金屬。

他們將這個新的組合取名為三元镥氮氫體系，迪亞斯表示，它能在室溫和不太高的壓力環境條件下表現出超導性。

在試驗過程中，Dias團隊將镥箔這種金屬片，擠壓在兩個鉆石之間，然后把含有99%的氫氣和1%的氮氣通過氣泵打入他們這個稱為“金剛石壓砧（diamond anvil cell）”的裝置中，最后測量化合物的變化。

來源：Nature

通過施加不同倍率的大氣壓，觀察镥氮氫化合物的變化。Dias團隊測試了從3000 到 30000 倍的大氣壓后發現，一開始镥箔變藍，混合物轉變為粉紅色，最后變為深紅色直至失去金屬特性。

來源：Nature

最終Dias發現，镥氮氫化合物在 1GPa 的壓力下，磁測量結果表明，這些樣品可以排斥外部施加的磁場，而這一現象正是超導體的標志（邁斯納效應），此時的溫度僅在294K（開爾文），約合室溫下的21℃。

Dias被質疑的點主要在于，他結論的得出，有人認為是基于從原始信號中減去對背景的處理，否則便沒有零電阻狀態和對超導體所預期的完美抗磁性。

而超導現象具有明確的定義，不能以“減背景方式”處理數據。

另外，從顏色變化上，讓人感覺有一些“不合常規”，因為在此前的高臨界溫度的超導體都是清一色的黑色，甚至可以是黑得發亮。

更不用提Dias的镥氮氫材料會成為一個電聲子耦合超導，基于電聲子耦合理論計算得出，這個材料的超導轉變溫度應該在十幾K。

好在Dias公布的實驗條件根本不苛刻，其他實驗室對于Dias成果進行同條件重復實驗不是什么困難的事情。

南京大學的聞海虎教授和他的團隊就Dias論文中提供的信息，復刻了Ranga Dias的材料配方和實驗路徑。

來源：南京大學

南京大學試驗過程

3月7日，Dias在美國物理學會的會議上發表了研究論文后，聞海虎團隊就根據Dias的說法就進行了初步的試驗。

尷尬的是，試驗剛開始就出現了問題，聞海虎團隊在試驗過程發現，Dias制備樣品的方案幾乎不可行。

聞海虎認為，在65攝氏度的條件下能產生金屬和氮氣、氫氣的反應，這個化學反應本身就是不可思議的，所以用兩個小金剛石對微腔中的镥、氮氣和氫氣在65攝氏度下加壓到1萬個大氣壓這個方案并不合理。

于是他們結合自己的條件，采用了高溫高壓爐來煅燒進行合成并成功得到了镥氮氫材料，顏色是深藍色。X射線衍射儀技術檢查顯示，該材料結構與Dias的樣品幾乎一致，且能量色散X射線光譜儀分析也發現了氮元素。

來源：arxiv

獲得了氮摻雜氫化镥（LuH2±xNy）材料后，將其置于1GPa~6GPa的壓強環境下，通過將壓力從1 GPa增加到6 GPa，金屬行為逐漸優化，但在10 K以下并沒有顯示超導性。

來源：arxiv

雖然確實在300 K左右的溫度條件下看到了一些電阻數據的變化，但聞海虎團隊認為應該是材料結構引起的變化，可以認定為是一種相變，但絕不是超導相變。

磁化溫度依賴性顯示在100至320 K之間大致為平坦特征，并且磁化在100 K時隨著磁場增加而增加，這些都不符合在100 K時的超導性質。

來源：arxiv

另外，因為Dias沒有說明其研究材料中的氮含量，目前只能以材料結構來討論。聞海虎認為盡管樣品中氮含量或許有所不同，但是材料結構一樣，這個情況下要有超導就應該產生了，“不能說那一點成分的改變會決定超導或不超導”。

因此，他們得出結論，在低于6 GPa的壓力下，氮摻雜的镥化氫中不存在近常溫超導性。

當然任何東西不能一概而論，所以目前他們正在進行幾十萬個大氣壓下這種化合物會不會出現高溫超導性。

02 

多次遭遇質疑

事實上，在南京大學提出這次質疑之前，就有兩家國內團隊對Dias的研究成果提出過質疑，不過這次南京大學的實驗結果更像是一次按住實錘。

早在Dias在物理學會議上發表完后僅僅兩天，來自國內的中科院物理所靳常青研究員團隊對Dias使用的稀土氫化物超導體提出過質疑。

畢竟稀土元素作為目前熱門的超導材料，特別是稀土氫化合物，在2019年就已經明確了這種材料，高溫高壓下就能發生超導，镥元素作為稀土系的最后一個元素，自然有不少研究團隊上手研究過其超導特質。

靳常青的團隊恰好就是其中的一員，他們表示镥氫化物確實是一種超導材料，只不過它無法在只有幾G的大氣壓強下就實現超導，更不要說室溫常壓超導了。

靳常青教授的實驗結果顯示，在218 GPa的壓強下，氫化镥的超導轉變溫度是71 K（約-202攝氏度），如果壓強降低到181 GPa的話，轉變溫度會降低到65 K（約-208攝氏度），這些超導轉變溫度都遠遠低于室溫。

值得注意的是，靳常青團隊發現的镥氫化物超導體，分子式是Lu?H??，“含氫量”要遠大于Dias團隊公布的LuH???Ny。

在本篇文章的上面曾提到過，業內的不少大佬們對Dias試驗過程中顏色變化上，讓人感覺有一些“不合常規”。

迪亞斯表示該材料在制備之初是“有光澤的藍色”，而其逐漸被壓縮時，開始發生超導，逐漸由藍色變為粉紅色，然后變成了鮮紅色的非超導金屬狀態。

中科院物理所的程金光研究員團隊就關注了Dias所展示的樣品所顯示出的與眾不同的顏色變化。他的這次實驗重在重現深藍色的氫化镥的顏色變化過程中會不會出現超導現象。

其在預印本網站arXiv提交的論文表示，氫化镥在約2.2 GPa時由藍色變成粉紅色，在約4 GPa時又變成亮紅色，這與Ranga Dias團隊所發表的實驗結果非常類似。

 來源：arxiv

然而程金光的團隊將這種材料一直加壓到7.7GPa，溫度一直降低到1.5K，仍然沒有看到絲毫超導的跡象。

但可惜的是程金光團隊的工作并沒有摻雜氮，成分的不同，嚴格來說也不能算是對Dias研究的完整驗證。

來源：arvix

值得注意的是，在聞海虎團隊的試驗過程中，并沒有看到材料顏色在高壓下的變化。

所以，Dias的材料顏色變化和所謂“室溫超導”到底有沒有直接聯系，還是一個大大的問號。

03 

學術需嚴謹

Ranga Dias作為一名印度裔科學家，研究涉及高溫超導、新型材料合成、高壓NV光學磁力測量、高能量密度物理學等多領域。

來源：羅切斯特大學

2020年10月15日，Ranga Dias和團隊稱，他們實現了在15℃下的碳氫硫化物超導，壓強則需要267GPa（1GPa=10kbar）。

繼而發表在當時的Nature雜志上，一度被譽為是室溫超導“里程碑”成果。然而好景不長，其實驗數據被認為是捏造的，而倍受質疑。

最終Ranga Dias和團隊的論文在去年9月26日被《自然》雜志撤稿，理由是研究人員在研究關鍵數據處理、分析的有效性上存在違規行為。

來源：Nature

不止是這一次“學術詐騙”的前科，Dias在哈佛大學物理系做博士后的期間，Dias稱在實驗室合成了金屬氫，并且發了Science雜志，但后來金屬氫這篇文章莫名消失在論文網站上了。

因為有這些前科，不少網友已經把Ranga Dias當作騙子，并稱他和團隊是作假的慣犯，

這也是諸位大佬們為什么會執著于對Dias的研究急于求證，一方面是因為其成果所具有的革命性，另一方面還不是因為Dias的兩次“前科”。

靳常青教授就曾表示，因為Dias關于碳硫氫化物高溫超導的論文被撤回，對其最新研究的獨立測量數據將有助于消除疑慮。

從上一次Dias課題組的“C-S-H室溫超導”存活了712天后被Nature雜志強制撤稿，這一次“Lu-H-N近常壓室溫超導”僅僅存活幾天就被來回證偽。

截至目前，Dias本人對于質疑只表示有信心過審，但最終能不能實現，還需要交給時間。

編者按：本文轉載自微信公眾號：超電實驗室(ID：SuperEV-Lab)，作者：王磊