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《自然》撤回封面论文,“人类首次实现室温超导”被指有严重问题

张晴丹/科学网
2022-09-27 22:22

2020年10月14日,美国罗切斯特大学物理学家Ranga Dias和他的同事在Nature杂志上发表了一篇轰动整个物理界的成果,并登上了当期封面。他们声称发现了一种新型氢化物,在15℃的温度下可以观察到超导现象。

“这是人类首次实现室温超导!”然而,这个具有里程碑意义的重磅研究在9月26日被Nature撤稿。对这篇文章长期以来的质疑终于暂时落下了帷幕。

此次撤稿非同寻常,因为Nature的编辑们不顾这篇论文全部9位作者的极力反对,采取了这一行动,可以说是非常决绝。

就在撤稿当天,Science新闻栏目对该事件进行了报道,称该研究“有严重问题”。

撤稿当天,Science新闻栏目对该事件进行了报道

首个室温超导:15℃

超导体是一种非常重要的革命性材料,已经在MRI核磁共振、粒子加速器等领域崭露头角。

超导研究距今已有百来年,经过物理学家的不懈努力,超导材料的诸多屏障已被解除,下一步要跨越的门槛就是温度,也就是要摆脱只有冷却到极低的温度才能实现超导现象的“魔咒”。因为维持低温条件的成本很高,大大限制了超导材料的潜力。

这些年,越来越多的超导材料问世,它们都在不断刷新临界温度。

而这篇发在Nature的论文,宣布他们创造出了首个不需要冷却就能让电阻消失的超导体,首次实现室温超导。这直接打开了新世界的大门。

在比地球中心更大的压力下,氢被认为表现得像超导金属。向氢中加入其他元素——形成氢化物结构——可以增加“化学压力”,减少对外部压力的需求,并在被称为金刚石压砧的小型实验室容器中能够达到超导性。正如罗马萨皮恩扎大学的理论物理学家Lilia Boeri所说,“这些氢化物是金属氢在稍低压力下的一种实现。”

2015年,德国马普学会化学研究所物理学家Mikhail Eremets和他的同事报告了第一个超导氢化物:氢和硫的混合物,在巨大的压力以及203K(约-70°C)的临界温度下,电阻急剧下降。这个温度远不及室温,但比大多数超导材料的临界温度要高。一些物理学家认为,在混合物中加入第三种元素将给研究人员提供一个新的变量,使它们能够更接近环境压力——或室温。

在2020年这篇Nature论文中,罗切斯特大学物理学家Ranga P. Dias和他的同事添加了碳元素,并把碳氢硫混合物装载到金刚石压砧(产生超高压的装置)中,在加压的状态下,用激光激发样品发生化学反应,最后创造出一种新物质。他们报告说,测试显示,在温度为288K(约15°C)和压力为267GPa(相当于大气压的260万倍)时,电阻急剧下降甚至消失。

除了电阻消失外,科学家还发现另一个证明超导性的关键——这种物质在转变温度下会屏蔽磁场,这是超导体一项重要基本特征。

开发在室温下零电阻和完全抗磁性的超导材料,是物理学家梦寐以求的。所以这篇论文的接收过程也非常顺畅。Nature编辑部收到这篇文章是在7月21日,接收是在9月8日。文章发表至今已被引用363次。

论文一经发表后,立即引起了很大争议。后来,作者在2020年11月20日对文章进行了更正。2022年1月31日,作者在预印本平台上提供了论文中与磁化率测量有关的原始数据。

2022年2月15日,Nature在该论文中附上了一份编辑说明,表示正在调查论文中的数据问题,建议读者在引用时要谨慎。

9月26日,这篇论文显示已被撤稿。

2022年2月15日,Nature在该论文中附上了一份编辑说明,表示正在调查论文中的数据问题,建议读者在引用时要谨慎。

争议不断,抨击该研究的一位专家被“禁言”

这两年,关于常温超导的争论之声此起彼伏。

美国加州大学圣地亚哥分校理论物理学家Jorge Hirsch是这篇成果的质疑者之一,他提出了强烈的指控。他认为,论文作者Dias和内华达大学拉斯维加斯分校的物理学者Ashkan Salamat发表的一些数据可能存在欺骗行为,“我认为它们是捏造的。”

Hirsch还指出,论文中的数据还与2009年Physical Review Letters的一篇关于高压下铕超导性论文中的数据有可疑的相似之处。该研究由于磁化率数据不准确,去年已被撤回。

Physical Review Letters显示已撤回高压下铕超导性论文    图片来源:期刊官网

巧的是,铕超导性论文的第一作者Mathew Debessai居然也是Nature这篇室温超导论文的作者之一。他主要负责交流磁化率测量,为Dias的室温超导研究提供了相应的测量数据。

在室温超导的文章发表一个月后,Hirsch向论文作者Dias索要一些实验的原始数据,想要对研究成果一探究竟,然而却一再被拒绝。但Hirsch并未就此打住,他从室温超导研究的共同作者那里获得了一些数据。

2021年8月,Hirsch在知名预印本服务器arXiv和Physica C发表了关于室温超导体交流磁化率可能存在学术造假的分析文章,开启了一系列猛烈抨击。然而,这篇“打假”文章于11月被Physica C删除,于12月被arXiv删除。

Hirsch的质疑文章被Physica C删除    图片来源:期刊官网

当时关于这个话题炒得沸沸扬扬,为了回应一些批评,Dias和Salamat于2021年11月在arXiv上发布了一篇论文,包含一些原始的敏感性数据。但康奈尔大学量子材料物理学家Brad Ramshaw说:“它提出的问题比解决的问题更多。从原始数据到发布数据的过程非常不透明。”

2021年12月,Hirsch对这些数据进行了再次剖析并提交了几篇相关分析论文,以此回应Dias和Salamat。

然而,arXiv不但删除了Hirsch的这几篇论文,甚至还在今年2月禁止他在arXiv上发文章,“封锁”时间长达6个月。

Hirsch向Dias所在的罗切斯特大学投诉,该大学称在两次调查中并没有发现科学不端行为的证据。本月,Hirsch和另一位质疑者、日内瓦大学凝聚态物理学家Dirk van der Marel发表了他们的结论,认为Dias研究中的敏感性数据是“有问题的”。Dirk van der Marel对Nature的撤稿感到十分高兴。

不过,Hirsch则认为,光撤回论文还不够。他说这掩盖了他所说的科学不端行为的证据,“我认为这才是一个真正的问题,不能就这样草草了事。”

研究结果无法重复,作者否定所有指控

美国卡内基科学研究所物理学家Alexander Goncharov认为,Hirsch对交流磁化率测量数据的担忧是合理的。Goncharov多次尝试用Dias的方法合成这种室温超导材料,但都失败了。

Dias否定了所有指控,他表示,Hirsch不是高压物理学专家。“我们认为他们的一些行为已经转变为人身攻击。”他说。“我们不会让人们从远处向我们扔泥巴。”

Eremets说,Dias的这项研究可能仍然是正确的。但他已经尝试了至少6次来重复结果,都失败了。尽管Dias的团队已经分享了实验的基础数据,但说他们在细节方面不太愿意透露,比如他们在碳硫氢化物中使用了什么类型的碳。

Dias和同事仍然坚定他们的工作,并坚持声称研究结果得到了实验和理论上的验证。

“我们对Nature编委会的决定感到困惑和失望。”Dias说,他们已经全体表达了极力反对,但Nature的编辑仍然采取了撤稿措施。

Eremets对Dias的新型超导体能否经受住仔细检查持怀疑态度。他相信,在艰难重复实验的基础上,有耐心的科研人员将从有问题的说法中筛选出氢化物的真正前景。“科学并不害怕这些东西,探索仍在继续。”他说,“迟早会真相大白的。”

参考链接:

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

(原标题《Nature撤回封面论文!全体9位作者极力反对》)

    责任编辑:吴跃伟