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當?shù)貢r間9月26日，美國羅徹斯特大學Ranga Dias團隊發(fā)表的室溫超導研究在歷經兩年爭議后遭到Nature撤稿。這次撤稿行動中，Nature并沒有和該研究的作者達成共識，而是態(tài)度果決地撤下了這篇論文，轟動一時的室溫超導研究竟以一種不甚體面的方式慘淡收場。

實驗加壓裝置金剛石壓砧

圖片來源：MIKE BRADLEY/BIGSLIDE

超導體現(xiàn)在前沿材料領域最受矚目的黑馬之一。雖然超導研究發(fā)展已逾百年，但目前超導材料的應用仍存在極大限制——通常來說是需要維持極為嚴苛的低溫條件才能得到超導性質。

近年來材料科學的不斷進步，使得超導材料的臨界溫度不斷突破。不過真正轟動性的發(fā)現(xiàn)在兩年前，2020 年，羅徹斯特大學Ranga Dias團隊在Nature發(fā)表封面文章，研究宣稱在 267 GPa、287 K（約15 ℃）條件下實現(xiàn)了碳-硫-氫（CSH）體系超導，盡管該材料還只是在極端壓力條件下鍛造的碳、硫和氫的微粒，但它仍然極大地震撼了人們，因為超導材料的低溫限制被攻破了，室溫（25℃）超導已經近在咫尺。如果研究可靠，那么這種材料將很快應用到核磁共振成像儀、磁懸浮鐵路、原子加速器和核聚變反應堆等裝置中，實現(xiàn)技術的飛躍性進展。

但遺憾的是，這項研究似乎并不那么可靠。9月26日，Nature撤下了該論文。撤稿聲明顯示，該研究關鍵數(shù)據(jù)處理、分析的有效性受到懷疑，盡管作者堅持認為原始數(shù)據(jù)能夠支持論文的主要結論，但過去兩年中其他科學家對研究數(shù)據(jù)的頻繁質疑無疑削弱了論文可信度。佛羅里達大學凝聚態(tài)物理學家James Hamlin說：“人們質疑這項研究已有相當長一段時間?！? 加州大學圣地亞哥分校理論物理學家Jorge Hirsch表示，僅僅是撤稿還不足夠，他認為這反而掩飾了該研究中的學術不端現(xiàn)象：“我認為這里面有大問題，你不能把它視作普通的意見分歧?！?br/>

這次撤稿的不尋常之處在于，Nature編輯不顧九位作者的反對采取了強制撤稿行為。雙方似乎最終也沒就撤稿問題達成任何共識。Dias表示：“我們堅持我們的研究結論已經在理論和實驗上得到了驗證?！?該研究的合著者、內華達大學拉斯維加斯分校物理學家Ashkan Salamat則指出，撤稿聲明并沒有質疑研究結論最關鍵的部分——超導體電阻的下降。他說：“我們對Nature編委會的決策感到困惑和失望?！?/p>

科學家認為，在高于地心的壓力條件下，氫能夠表現(xiàn)出超導金屬的性質，被稱之為金屬氫。而向氫中加入其他元素并形成氫化物結構，可以“化學地”增加材料壓力，從而減少材料對外部壓力的需求。在金剛石壓砧（一種超高壓裝置）中，這種氫化物材料能夠達到超導性。正如羅馬薩皮恩扎大學的理論物理學家Lilia Boeri所說，“這些氫化物材料是金屬氫在低壓力條件下的實現(xiàn)方式?！?/p>

2015年，德國馬普學會化學研究所物理學家Mikhail Eremets的團隊報告了第一個超導氫化物：氫硫混合物。該材料的超導臨界點在極高的壓強下可以達到203K（約-70°C）。這個臨界溫度相比大多數(shù)超導材料已經是進步，但離室溫仍然很遙遠。一些科學家則設想，在混合物中加入第三種元素，或可以將給材料賦予第三個變量，從而令超導臨界點更接近常溫常壓。Dias團隊的這項研究即是這個思路，他們添加的第三種元素是碳，將碳-硫-氫體系裝載到金剛石壓砧中加壓后，創(chuàng)造出一種新材料。在壓力為267GPa（相當于大氣壓的260萬倍）、溫度為288K（約15°C）時可以實現(xiàn)超導。

爭議焦點：磁化率數(shù)據(jù)

但是超導的特性不僅僅在于電阻的降低。超導體的另一個關鍵特征是完全抗磁性。完全抗磁性又稱邁斯納效應，是指超導體從一般狀態(tài)相變至超導態(tài)的過程中對磁場的排斥現(xiàn)象。但要在金剛石壓砧中測量邁斯納效應近乎不可能，因此科學家們轉而測量另一個相關量，即“磁化率”。但測量磁化率難度也不小，樣品尺度太小、高壓環(huán)境、實驗組件嘈雜的背景磁信號?！斑@就好比在太陽出來時，試圖觀察星星”，Hamlin說。

Dias的研究的磁化率測量數(shù)據(jù)是導致撤稿的主要原因。Dias的團隊報告說，他們在減去背景信號后測量到了磁化率數(shù)據(jù)，但卻沒有公布這一原始數(shù)據(jù)。針對部分批評，Dias 和 Salamat 在2021年將論文發(fā)布到 arXiv 預印本平臺，該版本包含了原始磁化率數(shù)據(jù)，并試圖解釋他們是如何減去背景信號的。康奈爾大學量子材料物理學家Brad Ramshaw表示：“這篇文章暴露出的新問題比它試圖回答的問題更多，從原始數(shù)據(jù)到發(fā)布數(shù)據(jù)的整個過程都非常不透明?！?/p>

Hirsch更是直接指控Dias 和 Salamat 造假。Dias的團隊將部分數(shù)據(jù)用平滑的多項式曲線擬合，但Hirsch聲稱，這對于嘈雜的實驗室測量是不可能的，只能是一種捏造。Hirsch一直在arXiv抨擊 Dias 的研究，甚至因批評過于激烈而被暫時禁言。他還向羅切斯特大學投訴，但該大學在兩次調查中均沒有發(fā)現(xiàn)Dias 團隊的任何學術不端證據(jù)。

撤稿后，Dias表示，他們計劃在不減去任何背景的情況下將論文重新提交給Nature，并表示僅從原始數(shù)據(jù)就能看出磁化率的變化。Salamat 還指出，Hirsch 和 Van der Marel 兩個“批評主力”并不是高壓實驗專家。他說：“我們認為他們的一些行為已經轉向人身攻擊，我們只是不愿讓人大老遠地來抹黑我們?！?據(jù)悉，Dias 已經致函Van der Marel 就職Hirsch的學校交涉。

Eremets表示，關于CSH超導材料，Dias的研究可能仍然是正確的。即便他本人至少嘗試了六次，也沒復現(xiàn)出實驗結果。不過Eremets表示，這可能是因為Dias團隊在分享實驗方案的細節(jié)上有所保留。Salamat則表態(tài)稱，歡迎同行到他們的實驗室觀察他們的實驗，并同時提到今年7月就有一份CSH復制樣本發(fā)表。但批評者質疑該復制研究的獨立性，因為它是由 Salamat 的小組領導的，并且有多位原論文作者參與。

在學界爭論不休的時候，Dias 和 Salamat已經邁開了創(chuàng)業(yè)的腳步。兩人共同創(chuàng)立了一家名為 Unearthly Materials 的公司，以研發(fā)商用室溫超導體。Salamat 宣告：“我們已處于高溫超導新時代的大門前。”但Eremets仍舊懷疑Dias的新型超導體能否經得起檢驗。但他堅信真相很快就會清楚明白。“科學不懼檢驗，真相遲早來臨”，他說。

參考文獻：

[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