南京大學8天即推翻室溫超導新研究？

發布時間：2023-03-20 09:20 原文鏈接：南京大學8天即推翻室溫超導新研究？

　　 “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對《中國科學報》說出這句話的時候，語氣足夠堅決。

　　“這個結論”，指的就是當下大火的美國羅切斯特大學Ranga Dias團隊的室溫超導研究，他們宣稱自己研發的一種镥氮氫材料在近1萬個大氣壓（1 GPa）下實現了室溫超導。

　　3月15日，聞海虎團隊在預印本網站arXiv提交了一篇包括9個作者、長達16頁的研究論文，題目是“氮摻雜氫化镥（LuH2±xNy）近環境條件下不存在超導性”，直截了當否定了Dias的研究結論。論文結論稱，“我們的實驗清楚地表明，從環境壓力到6.3 GPa，溫度低至10K（約-263攝氏度），镥氮氫材料LuH2±xNy中不存在超導性。”

　　這距離Dias的研究發布只有8天，如果實錘，Dias將會再次被打臉。

、聞海虎團隊論文截圖

、聞海虎圖源：南京大學

　　復刻Dias實驗

　　3月7日，當看見Dias在美國物理學會會議上的報告結果，聞海虎火速安排重復實驗，“我們的初步樣品也很快出來了，后來又做了一些調整”。

　　為何效率如此之高？聞海虎稱，這是他們團隊加班加點、多位成員共同努力的結果。事實上，這個復刻實驗“難度不是很大”，“但是測量起來還是有難度的”，因為需要精細的信號，而數據分析也還是有難度的，幸好“我們平時有很好的積累”。

　　實驗并非完全的復刻。聞海虎發現，Dias給的制備樣品材料方案幾乎不可行，于是他們結合自己的條件，完全以新的方式進行合成并得到了镥氮氫材料。經X射線衍射儀技術檢查后，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。

　　聞海虎團隊隨即在6萬個大氣壓以下的不同壓力中，對該材料電阻進行了測量，發現低至10K都沒有超導發生。同時，他們也進行了仔細的磁化測量，發現沒有超導所需的抗磁信號。聞海虎說，這些發現足以否定Dias的常溫低壓下的超導結論。

聞海虎團隊的镥氮氫材料的光學顯微鏡圖像顯示，在不同壓力下未能重現Dias實驗中材料顏色自粉色到紅色的轉換。

　　因為Dias并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。聞海虎說，盡管樣品中氮含量或許會有所不同，但是材料結構一樣、3種元素兼具，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”。

　　為什么Dias的制備樣品方案不可行呢？Dias的方案是，用兩個小金剛石對著微腔中的镥、氮氣和氫氣在65攝氏度下加壓到1萬個大氣壓。聞海虎分析說，Dias的材料制備方法存在明顯的不合理性，65度太低，這個溫度下能產生金屬和氮氣、氫氣的反應是不可思議的。

　　聞海虎說，Dias可能給了一個錯誤的條件，或許是溫度少了一個“0”，“除非用激光加熱，否則很難做出來”，然而Dias并沒有提到激光。聞海虎團隊采用了高溫高壓爐來燒，很快就得到了镥氮氫材料。

　　聞海虎考慮到了更嚴謹的情形。他說，這個材料在幾十萬大氣壓是否會出現高溫超導，還不能下結論，“我們也正在做”。

　　需要更多的驗證

　　從1968年到今天，物理學家一直在研究從氫氣到富氫化合物這類與氫有關的超導屬性，包括硫化氫、稀土氫化物和堿土氫化物可以在超過200K的溫度下轉變為超導態。

　　Dias團隊這次將氫化镥中的部分氫換成氮，并宣稱在1 GPa、20攝氏度的最高轉變溫度下測量到了超導。如果證實，這將是史無前例的一大步。

　　此前，中國科學院物理研究所研究員靳常青在接受《中國科學報》采訪時，提及Dias這次研究的幾個存疑的細節，包括合成樣品結構不清楚、氫的含量太低（與之前發現的富氫超導體迥異）。

　　為何氫的含量如此重要，這與學界對超導的一種固有認識有關。一般而言，超導材料中氫含量越高，其超導轉變溫度越高。

　　計算化學家、美國加州州立大學北嶺分校副教授苗茂生告訴《中國科學報》，對于富氫超導體和低氫超導體，二者“是完全兩個不同的系統”，Dias的結論顛覆了已有的認識。比如“LaH10”（十氫化鑭）超導轉變溫度為零下13℃，已經很高；而Dias的镥氮氫材料中，镥:氫摩爾比不到3，遠遠低于十氫化鑭，其超導轉變溫度卻高于十氫化鑭。