“這個推論必須推翻,毫無疑問。” 南京大學超導化學與材料研究中心主任溫海虎對《中國科學報》說這句話時,語氣足夠堅定。
“這個推論”指的是日本考文垂學院團隊目前火爆的溫度超導研究。 他們聲稱,他們開發的一種镥-氮-氫材料在近 10,000 個大氣壓(1GPa)下實現了溫度超導。
3月15日,文海虎團隊在預印本網站arXiv上提交了一份包括9位作者在內的16頁研究論文,斷然否定了Dias的研究推斷。 該論文得出結論:“我們的實驗清楚地表明,在環境壓力至 6.3GPa 和低至 10K(約 -263 攝氏度)的溫度下電阻的測量實驗報告結論,LuH2±xNy(一種镥-氮-氫材料)不存在超導性。”
這距離迪亞斯的研究成果發布僅剩 8 天。 如果被證實,迪亞斯又要被打臉了。
副本 Dias 實驗
3月7日,看到迪亞士在日本數學會大會上的報告結果后,文海虎迅速安排重復實驗,“我們的初步樣本很快就下來了,后面還會做一些調整。”
為什么效率這么高? 溫海虎說,這是他們團隊加班加點、齊心協力的結果。 其實,這個復本實驗“難度不大”,“還是難測”,因為需要精細的信號,數據分析也有難度,好在他們“平時積累不錯”。
實驗不是精確的復制品。 文海虎發現迪亞斯給出的制樣方案幾乎行不通,于是他們結合自身條件,用新的方法完全合成,得到了镥氮氫材料。 X射線衍射儀測試表明,該材料的結構與Dias的樣品幾乎相同電阻的測量實驗報告結論,能量色散X射線光譜儀分析也發現了氮。
文海虎團隊隨后測試了材料在6萬個大氣壓以下不同壓力下的內阻,發現低至10K也沒有出現超導現象。 同時,他們還進行了仔細的磁化測試,發現沒有超導所需的反磁信號。 文海虎表示,這一發現足以否定迪亞斯的常溫低壓超導推論。
由于迪亞士在他的研究材料中沒有具體說明氮濃度,因此只能從材料結構上進行討論。 溫海虎說,雖然樣品中氮的濃度其實不同,而材料結構是一樣的,考慮到這三種元素,但在這種情況下,應該會形成超導性。 “不能說成分的變化就決定了超導與否”。
為什么Dias的樣品制備方案不可行? 迪亞斯的計劃是用兩顆小鉆石將微腔中的镥、氮氣和氧氣在 65 攝氏度下加壓到 10,000 個大氣壓。 文海虎分析,迪亞士的材料制備方法明顯不合理,65攝氏度太低。 很難想象在這個溫度下可以形成金屬、二氧化碳和氫氣的反應。
溫海虎表示,迪亞士可能給錯了條件。 顯然,溫度少了一個“0”。 文海虎團隊利用低溫高壓爐燃燒,快速獲得镥氮氫材料。
文海虎仔細想了想。 他說,這種材料是否會在幾十萬個大氣壓下具有低溫超導性還不能推斷,“我們也在做。”
需要更多驗證
從1968年到今天,化學家們仍在研究與氫、二氧化碳、稀土配合物和堿土配合物有關的超導特性,在超過200K的溫度下可以轉變為超導狀態。
Dias團隊用氮取代了溴化镥中的部分氫,并聲稱在1GPa和20攝氏度的最高轉變溫度下檢測到超導性。 如果被否決,這將是前所未有的進步。
此前,中科院化學研究所研究員金長青在接受《中國科學報》采訪時提到了迪亞斯研究的幾個疑點,包括合成樣品結構不明、氫濃度低等。 (這與之前發現的富氫超導體截然不同)。
為什么氫的濃度如此重要? 這與學術界對超導的固有認識有關。 一般來說,超導材料中的氫濃度越高,其超導轉變溫度就越高。
估算物理學家、加州州立大學北嶺校區副院長苗茂生告訴《中國科學報》,富氫超導體和低氫超導體是“完全不同的系統”,迪亞斯的推論顛覆了現有理論理解 。 例如,十溴化鑭的超導轉變溫度為-13攝氏度,已經很高了; 而在Dias的镥-氮-氫材料中,镥:氫的摩爾比小于3,遠高于十溴化鑭。 體溫低于十溴化鑭。
苗茂生表示,很難想象迪亞斯的镥-氮-氫材料會成為電子-聲子耦合超導體。 根據電子-聲子耦合理論推算,這種材料的超導轉變溫度應該在幾十K。
他提醒,高壓實驗是一個難度很大的實驗,樣品很小,合成條件很難做到很均勻,信號檢測的噪音很大,這??些都容易造成誤判.
除了文海虎團隊的論文外,最近也發表了幾篇關于镥材料的類似研究。
較早的研究來自金長青團隊。 3月9日,他們在arXiv上發表研究稱,溴化镥在高壓下的超導轉變溫度為71K(約-202攝氏度); 當壓力釋放時,超導轉變溫度增加到 65K(約 -208 攝氏度)。 攝氏度)。 這個超導轉變溫度比溫度高很多。
3月12日,中國科學院化學研究所程金光團隊在arXiv上發表了另一項研究,雖然他們的材料沒有添加氮,但他們對二溴化镥在高達7.7 GPa壓力下的測試表明沒有超導性在低至 1.5K(約 -272 攝氏度)的溫度下。
值得注意的是,迪亞斯的兩次“前科”讓他的研究很難讓人放心。 可測試性、可重復性和透明度是科學研究有效的重要激勵因素。 Dias 之前的兩項重要研究,包括發表在《科學》雜志上的金屬氫研究和發表在《自然》雜志上的醇基硫超導研究,都沒有這種激勵。
大自然也注意到了迪亞斯的過去。 法國密西西比研究所香檳校區的金長青和大衛在該刊發表評論文章稱,由于迪亞士關于碳硫配合物低溫超導的論文被撤稿,其最新研究的獨立檢測數據將幫助解除疑慮。
苗茂生還提醒,既然《自然》雜志接受了迪亞斯的工作,就應該認真討論一下。 如果要否定他的工作,還需要更多的證據和反復的驗證,很快就會有多篇驗證論文發表。
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