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        作者:張晴丹 來源:科學網微信公號 發布時間:2022/9/27 20:47:39
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        Nature撤回封面論文!全體9位作者極力反對

         

        文|張晴丹

        2020年10月14日,美國羅切斯特大學物理學家Ranga Dias和他的同事在Nature雜志上發表了一篇轟動整個物理界的成果,并登上了當期封面。他們聲稱發現了一種新型氫化物,在15℃的溫度下可以觀察到超導現象。

        “這是人類首次實現室溫超導!”然而,這個具有里程碑意義的重磅研究在9月26日被Nature撤稿。對這篇文章長期以來的質疑終于暫時落下了帷幕。

        此次撤稿非同尋常,因為Nature的編輯們不顧這篇論文全部9位作者的極力反對,采取了這一行動,可以說是非常決絕。

        就在撤稿當天,Science新聞欄目對該事件進行了報道,稱該研究“有嚴重問題”。

        首個室溫超導:15℃

        超導體是一種非常重要的革命性材料,已經在MRI核磁共振、粒子加速器等領域嶄露頭角。

        超導研究距今已有百來年,經過物理學家的不懈努力,超導材料的諸多屏障已被解除,下一步要跨越的門檻就是溫度,也就是要擺脫只有冷卻到極低的溫度才能實現超導現象的“魔咒”。因為維持低溫條件的成本很高,大大限制了超導材料的潛力。

        這些年,越來越多的超導材料問世,它們都在不斷刷新臨界溫度。

        而這篇發在Nature的論文,宣布他們創造出了首個不需要冷卻就能讓電阻消失的超導體,首次實現室溫超導。這直接打開了新世界的大門。

        在比地球中心更大的壓力下,氫被認為表現得像超導金屬。向氫中加入其他元素——形成氫化物結構——可以增加“化學壓力”,減少對外部壓力的需求,并在被稱為金剛石壓砧的小型實驗室容器中能夠達到超導性。正如羅馬薩皮恩扎大學的理論物理學家Lilia Boeri所說,“這些氫化物是金屬氫在稍低壓力下的一種實現。”

        2015年,德國馬普學會化學研究所物理學家Mikhail Eremets和他的同事報告了第一個超導氫化物:氫和硫的混合物,在巨大的壓力以及203K(約-70°C)的臨界溫度下,電阻急劇下降。這個溫度遠不及室溫,但比大多數超導材料的臨界溫度要高。一些物理學家認為,在混合物中加入第三種元素將給研究人員提供一個新的變量,使它們能夠更接近環境壓力——或室溫。

        在2020年這篇Nature論文中,羅切斯特大學物理學家Ranga P. Dias和他的同事添加了碳元素,并把碳氫硫混合物裝載到金剛石壓砧(產生超高壓的裝置)中,在加壓的狀態下,用激光激發樣品發生化學反應,最后創造出一種新物質。他們報告說,測試顯示,在溫度為288K(約15°C)和壓力為267GPa(相當于大氣壓的260萬倍)時,電阻急劇下降甚至消失。

        除了電阻消失外,科學家還發現另一個證明超導性的關鍵——這種物質在轉變溫度下會屏蔽磁場,這是超導體一項重要基本特征。

        開發在室溫下零電阻和完全抗磁性的超導材料,是物理學家夢寐以求的。所以這篇論文的接收過程也非常順暢。Nature編輯部收到這篇文章是在7月21日,接收是在9月8日。文章發表至今已被引用363次。

        論文一經發表后,立即引起了很大爭議。后來,作者在2020年11月20日對文章進行了更正。2022年1月31日,作者在預印本平臺上提供了論文中與磁化率測量有關的原始數據。

        2022年2月15日,Nature在該論文中附上了一份編輯說明,表示正在調查論文中的數據問題,建議讀者在引用時要謹慎。

        9月26日,這篇論文顯示已被撤稿。

        爭議不斷,抨擊該研究的一位專家被“禁言”

        這兩年,關于常溫超導的爭論之聲此起彼伏。

        美國加州大學圣地亞哥分校理論物理學家Jorge Hirsch是這篇成果的質疑者之一,他提出了強烈的指控。他認為,論文作者Dias和內華達大學拉斯維加斯分校的物理學者Ashkan Salamat發表的一些數據可能存在欺騙行為,“我認為它們是捏造的。”

        Hirsch還指出,論文中的數據還與2009年Physical Review Letters的一篇關于高壓下銪超導性論文中的數據有可疑的相似之處。該研究由于磁化率數據不準確,去年已被撤回。

        Physical Review Letters顯示已撤回高壓下銪超導性論文 圖片來源:期刊官網

        巧的是,銪超導性論文的第一作者Mathew Debessai居然也是Nature這篇室溫超導論文的作者之一。他主要負責交流磁化率測量,為Dias的室溫超導研究提供了相應的測量數據。

        在室溫超導的文章發表一個月后,Hirsch向論文作者Dias索要一些實驗的原始數據,想要對研究成果一探究竟,然而卻一再被拒絕。但Hirsch并未就此打住,他從室溫超導研究的共同作者那里獲得了一些數據。

        2021年8月,Hirsch在知名預印本服務器arXiv和Physica C發表了關于室溫超導體交流磁化率可能存在學術造假的分析文章,開啟了一系列猛烈抨擊。然而,這篇“打假”文章于11月被Physica C刪除,于12月被arXiv刪除。

        Hirsch的質疑文章被Physica C刪除 圖片來源:期刊官網

        當時關于這個話題炒得沸沸揚揚,為了回應一些批評,Dias和Salamat于2021年11月在arXiv上發布了一篇論文,包含一些原始的敏感性數據。但康奈爾大學量子材料物理學家Brad Ramshaw說:“它提出的問題比解決的問題更多。從原始數據到發布數據的過程非常不透明。”

        2021年12月,Hirsch對這些數據進行了再次剖析并提交了幾篇相關分析論文,以此回應Dias和Salamat。

        然而,arXiv不但刪除了Hirsch的這幾篇論文,甚至還在今年2月禁止他在arXiv上發文章,“封鎖”時間長達6個月。

        Hirsch向Dias所在的羅切斯特大學投訴,該大學稱在兩次調查中并沒有發現科學不端行為的證據。本月,Hirsch和另一位質疑者、日內瓦大學凝聚態物理學家Dirk van der Marel發表了他們的結論,認為Dias研究中的敏感性數據是“有問題的”。Dirk van der Marel對Nature的撤稿感到十分高興。

        不過,Hirsch則認為,光撤回論文還不夠。他說這掩蓋了他所說的科學不端行為的證據,“我認為這才是一個真正的問題,不能就這樣草草了事。”

        研究結果無法重復,作者否定所有指控

        美國卡內基科學研究所物理學家Alexander Goncharov認為,Hirsch對交流磁化率測量數據的擔憂是合理的。Goncharov多次嘗試用Dias的方法合成這種室溫超導材料,但都失敗了。

        Dias否定了所有指控,他表示,Hirsch不是高壓物理學專家。“我們認為他們的一些行為已經轉變為人身攻擊。”他說。“我們不會讓人們從遠處向我們扔泥巴。”

        Eremets說,Dias的這項研究可能仍然是正確的。但他已經嘗試了至少6次來重復結果,都失敗了。盡管Dias的團隊已經分享了實驗的基礎數據,但說他們在細節方面不太愿意透露,比如他們在碳硫氫化物中使用了什么類型的碳。

        Dias和同事仍然堅定他們的工作,并堅持聲稱研究結果得到了實驗和理論上的驗證。

        “我們對Nature編委會的決定感到困惑和失望。”Dias說,他們已經全體表達了極力反對,但Nature的編輯仍然采取了撤稿措施。

        Eremets對Dias的新型超導體能否經受住仔細檢查持懷疑態度。他相信,在艱難重復實驗的基礎上,有耐心的科研人員將從有問題的說法中篩選出氫化物的真正前景。“科學并不害怕這些東西,探索仍在繼續。”他說,“遲早會真相大白的。”

        參考鏈接:

        1.https://www.science.org/content/article/something-seriously-wrong-room-temperature-superconductivity-study-retracted

        2.https://doi.org/10.1038/s41586-020-2801-z

        3.https://arxiv.org/abs/2111.15017

         
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