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作者 | 維克多
真·神仙打架！
近日，一篇Arxiv論文在物理圈引起了不小的轟動。
有多轟動呢？知乎上有人說，老板正在開著組會都沒心思了。
“這個文獻”的名字叫Comment on Nature 586,373（2020）by E. Sinder et al，名字簡單粗暴。很明顯，這是對一篇2020年的Nature舊論文有“不同看法”的文章。
Nature 586,373（2020）是什么樣的一篇論文，為什么對這篇論文的質疑會引起業(yè)內的轟動？
這篇論文正是被作為2020年10月15日《Nature》的封面故事推薦，推薦的標題叫“Turning up the heat”，這是一句雙關語，一個意思是“調高溫度”，另一個意思是“施加壓力”。
“施加壓力”是原因，“調高溫度”是后果。加在一起就是副標題的意思——“室溫超導終于實現了！”
美國羅切斯特大學物理系助理教授Ranga Dias的研究團隊，創(chuàng)造出了一種碳質硫氫化合物固體分子，這種材料在約15攝氏度（288K）和約267Gpa的壓強下表現出超導性。
雖然還沒有達到業(yè)內追求的300K（27攝氏度）的室溫超導目標，但15攝氏度對超導研究的意義在于不僅極大的提高了SOTA的門檻，還其他研究者看到了勝利的曙光。
（做個不恰當的類比：2012年AlexNet并沒有真正超越人類，但在將性能提升了十多個百分點的同時，還掀起了一波深度學習的研究浪潮。）
這還不是Ranga Dias最出名的研究。從Google Scholar看，他最出名的研究是發(fā)表于2017年的“金屬氫”（Metallic Hydrogen）。
氫，它在常溫是氣體，在低溫下變?yōu)橐后w，溫度降到零下259℃時即為固體?！敖饘贇洹钡奶岱ㄔ从?925年英國物理學家John Bernal“任何元素加壓都會具有金屬導電特質”的猜想，并在1935年被美國物理學家Eugene Winger（1963年諾貝爾物理學獎得主）理論證明。
多年以來科學家們一直在努力嘗試再造這種狀態(tài)的氫，但均未能成功。
直到2017年1月26日, 《科學》雜志報道哈佛大學實驗室成功制造出金屬氫。金屬氫論文的通訊作者，正是這位Ranga Dias。
向Ranga Dias發(fā)起挑戰(zhàn)的Jorge E Hirsch也絕非泛泛之輩，他是UCSD物理系教授，被引用3萬5千次，H-index 67的大牛。他被引用數最高的文章是2005年提出的“一種衡量個人科學研究成果的指標”。
對了，這項指標以他的名字命名——“H-Index”。
在Arxiv發(fā)表的新文章中，Hirsch質疑Dias在Nature 雜志發(fā)表的室溫超導文章涉嫌數據操縱。
兩大神仙的碰撞、對轟動業(yè)界研究成果的挑戰(zhàn)，結果究竟如何？
Ranga Dias在《Nature》論文中設計出了一種新型氫化物，這種由氫-硫-碳組成的材料，在巨大的壓力下，室溫時就能轉變成超導體。
當時論文一經發(fā)表，學界驚呼（主要是凝聚態(tài)物質理論）：人類首次真正發(fā)現室溫超導！
支撐文章觀點的主要論點是：在175萬個大氣壓下，樣品冷卻至-93°C就會發(fā)生超導轉變。如果繼續(xù)增加壓力，超導轉變的臨界溫度會不斷提高。
當到達到267萬個大氣壓時，只需把樣品降低至15°C，就能看到電阻消失。
嗯，換句話說，Dias在在常溫條件下發(fā)現了“零電阻和完全抗磁性”，這一超導現象的特征。
相對于原文的“長篇大幅”，Hirsch的質疑文章只有兩頁，主要攻擊室溫超導文章中磁化率數據的問題。
Ranga Dias的《Nature》論文說，在T=170K左右，磁化率發(fā)生突變，隨著溫度上升而陡然升高，這顯然是超導相變。
Hirsch看到論文中某些區(qū)域的數據非常不連續(xù)，而且曲線斜率和變化方向相反。實驗有誤差很正常，但有規(guī)律的誤差就不正常了。
于是， Hirsch把數據進行了差分，相當于去除了數據“雜質”，然后得到了一條平滑、可導的曲線。
結果顯示：T=170K處的數據并沒有發(fā)生劇變，并不存在超導特征。
此外，論文中有些數據看起來和2009年發(fā)表在《Physical Review Letters 》工作中使用的數據極其“相似”。而當年那些數據作者已經承認已經有問題。
因此，Hirsch得出結論：How these data have come about is unknown to us。言外之意：你操縱數據了。
目前，網友對于此問題分為三個陣營，其一認為“可以理解”：有時候有實驗誤差的數據確實和被操縱了一樣。
其二認為Hirsch實錘：原文章并沒有如實處理原始數據，而是做了一些不可思議的變換。
其三認為Hirsch的錘是錘了，但只錘了一點點：原數據可能是信號變太快了沒鎖住導致的。
無論哪方陣營，都需要 Dias出來正面回應，不過目前看來辯方選手有點落了下風。
能夠在接近室溫的條件下實現超導性，這無疑是一項振奮人心的突破性發(fā)現。
但據《Science》的報道，但當其他科學家試圖復制這一發(fā)現，或者試圖在其基礎上進行拓展研究時，他們都失敗了。
之前，Hirsch提出查看基本數據的要求也被一直拒絕。
有意思的是，論文的原始數據表格，居然是PDF里的一個截圖......
知乎也有答主指出，Dias對數據遮遮掩掩的做法在生化環(huán)材領域很正常，“基操勿6”。
這也為Hirsch的“打假”制造了障礙。
但Dias回應Hirsch的指控表達頗有意味：Hirsch不是高壓物理學家，他的指控帶有偏見。
事實上，Hirsch在量子多體研究方面有很大的貢獻，他完善了費米子行列式的蒙特卡洛 (determinant quantum Monte Carlo, DQMC) 算法。且這幾年一直不屑于凝聚態(tài)物理學當下那些一地雞毛般的雜碎問題，一直在攻擊攻擊各種高壓超導實驗和BCS理論。
例如這篇標題為“皇帝的新衣”Arixiv文章，直指BCS 超導理論中有“漏洞”，大量學者在該領域灌水，拿基金。
對于Hirsch質疑這篇《Nature》論文拋出的觀點，《Nature》說：“編輯已收到與本文背后數據相關的未聲明訪問限制的警告。我們正在與作者合作更正數據可用性聲明 ”
聲明發(fā)表于2021年8月份，目前尚無更新。而Hirsch這篇Arxiv論文提交于2022年的1月19日。
舊事重提，想必是催促多方盡快給出答復吧：該公布數據的公布數據，該撤稿的撤稿。
值得一提的是，Dias確實有點前科。2017 年，Dias在哈佛當博士后時參與了導師 Isaac Silvera 的金屬氫實驗，發(fā)布了震驚世界的首塊金屬氫。
當年多方要求想看看金屬氫長什么樣子的時候，研究團隊卻說，由于操作失誤，金屬氫樣本“消失”了。
時隔多年，至今無法見到金屬氫的樣貌。
不過，一碼歸一碼，事情還沒到最后一步，室溫超導究竟啥樣，還是讓子彈飛一會兒。
超導材料具有零電阻和完全抗磁性,在傳統(tǒng)電磁學領域和現代量子器件方面都有巨大的應用價值。
自1911年發(fā)現第一個超導體以來, 人們探索超導材料的腳步就從未停止過。
諸如金屬合金、輕元素化合物、重費米子、有機化合物、銅氧化物、鐵砷化物、鐵硒化物等各類超 導體系不斷被發(fā)現, 超導臨界溫度的記錄也一再被刷新。
如何獲得更高臨界溫度的超導體？學界常用方法是使用“高壓”，即加大壓力。
高壓下, 原材料之間互相接觸緊密, 化學反應速度要遠遠大于常壓情況, 能提高材料合成效率, 有希望制備常壓下不穩(wěn)定的新材料。
室溫超導之路可以追溯到20 世紀60 年代的一個預言，即氫原子團如果被充分壓縮，可能會轉變成一種在高溫下超導的金屬。
圖注：各種超導材料發(fā)現的年代和臨界溫度記錄, 插圖為典型的超導體結構，圖片來自《中國科學》
2004年，物理學家 Ashcroft進一步指出富氫的材料體系可能在較低的外加壓力下實現高溫超導。
2014年，吉林大學的馬琰銘和崔田兩個團隊基于對ＢＳＣ理論的計算，也論證了富氫的材料體系實現超導的可能性。
2015年，德國馬普化學研究所的Eremets研究組，首次實驗發(fā)現高壓條件下，硫化氫材料T=203Ｋ發(fā)生超導轉變。
2019年美國華盛頓大學Hemley研究組也有相關論文產出。
而Dias小組的工作就是在Eremets硫化氫材料基礎上額外添加了碳元素實現的。
但正如中科院謝心澄和北大王楠林兩位教授在《中國科學基金》上點評的那樣：目前所形成的室溫超導體結構尚不清楚，實驗結果也還需要其他研究組的重復和驗證。
換句話說，將Dias室溫超導的工作提升至“人類首次”還為時尚早。畢竟在高溫超導35 年的發(fā)展歷程中只誕生了一個。
如果提及原始創(chuàng)新，把范圍擴展到整個超導領域110 年的歷史，也只有1911年發(fā)現超導、1957年提出BCS理論、1962年發(fā)現約瑟夫森效應、1986 年發(fā)現高溫超導等寥寥數次。
2022-01-19
2021-11-25
2021-11-19
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