介绍
周二下午,在拉斯维加斯举行的美国物理学会 XNUMX 月年度会议上,在一场座无虚席的演讲中, 兰加迪亚斯罗彻斯特大学的物理学家,宣布他和他的团队实现了该领域的百年梦想:一种在室温和接近室温的压力下工作的超导体。 人们对演讲的兴趣如此强烈,以至于安保人员在演讲开始前 XNUMX 分钟就停止进入人满为患的房间。 在迪亚斯开始讲话前不久,可以听到他们将好奇的旁观者赶走。
结果, 今天发表于 自然,似乎表明传统导体——一种由氢、氮和稀土金属镥组成的固体——被转化为一种完美无瑕的材料,能够以完美的效率导电。
虽然这一声明受到一些科学家的热情欢迎,但其他科学家则更为谨慎,指出该研究小组因涉嫌研究渎职而引起争议的历史。 (Dias 强烈否认这些指控。) 10 位独立专家的反应 广达 范围从肆无忌惮的兴奋到彻底解雇,许多专家表达了某种形式的谨慎乐观。
以前,只有在寒冷的温度或压碎的压力下才能观察到超导性——这些条件使这些材料无法用于长期需要的应用,例如无损电力线、悬浮高速列车和负担得起的医疗成像设备。 新锻造的化合物在 21 摄氏度(69.8 华氏度)和大约 1 吉帕的压力下无电阻地传导电流。 这仍然是一个很大的压力——大约是马里亚纳海沟最深处压力的 10 倍——但它比以前使用类似材料进行的实验所需的压力低 100 多倍。
“如果它被证明是正确的,它可能是超导历史上最大的突破,”说 詹姆斯哈姆林,佛罗里达大学的物理学家,没有参与这项工作。 他说,如果这是真的,“这将是一个惊天动地、开创性、非常令人兴奋的发现。” 但涉及团队之前工作的事件——包括但不限于 接近室温的超导性声明 发表于 自然 2020 年并于去年年底撤回——给今天的公告蒙上了阴影。 “很难不怀疑以前工作中未解决的一些相同问题是否也存在于新工作中,”哈姆林说。
达到所有基准
一个多世纪以来,科学家们已经知道,将大多数金属冷却到绝对零度几度以内的温度会导致剧烈的变态。 在这个因材料而异的“临界温度”附近,电子配对并形成一种量子流体。 一旦发生这种情况,电子将不再弹回材料中的原子——相互作用会产生阻力——这使得它们可以在没有能量损失的情况下流动。
从那时起,超导研究的首要目标就是提高临界温度。
几十年来,物理学家取得了渐进的进步,通过测试元素的不同组合稳步提高了临界温度。 近年来出现了一类很有前途的材料,称为氢化物。 氢化物是将轻量级的氢与硫或金属等较重的原子结合在一起的化合物。 物理学家认为,氢越多,超导性越好。 研究人员有时会添加其他原子,例如碳或氮,以进一步调整其特性。 第一个超导氢化物, 报道2015,在大约负 70 摄氏度和 155 吉帕的压力(接近地球核心压力的一半)时达到转变。 三年内, 同一组 和 另一个 两者都激起了更多富含氢的“超氢化物”材料,这些材料可以在高达负 13 摄氏度和 190 吉帕的温度下超导。
新研究推翻了过去的所有记录。 在过去的几年里,迪亚斯的团队一直在研究基于镥的超氢化物。 为了制作样品,该团队将镥薄膜浸入含 99% 氢气和 1% 氮气的香水中,同时在 200 摄氏度下烘烤几天。 然后金刚石砧座将以 2 吉帕的压力压缩样品。 然后,该团队将逐渐松开铁砧,同时测试样品的超导特性。 Dias 说,在生产的数百个样品中,即使压力降至约 1 吉帕,他们也能够在数十个样品中观察到超导性。
为了证明超导性,该团队达到了三个教科书基准。 在临界温度下,它们显示出电阻下降和与材料升温容易程度相关的属性峰值。 该团队还设法直接测量了磁场从样品中排出的情况——这是一种明确的超导特征,称为迈斯纳效应,此前从未在超氢化物中得到令人信服的证明。 奇怪的是,样品的颜色也随着其相变而从蓝色变为粉红色再变为红色。
这篇论文的情节正是研究人员在测试超导性时所寻找的。 强有力的证据让许多科学家兴奋不已,他们花了数十年时间寻找可以使这种现象更接近日常生活的材料。
“看到结果我真的很兴奋。 而且我丝毫不怀疑他们观察到的就是事实,”说 悉达多·萨克森,剑桥大学的物理学家,没有参与这项新工作。 伊娃祖雷克布法罗大学的一位理论化学家,经常与罗切斯特小组交流但也没有参与研究,他说,在这些条件下超导的材料“将以我们无法想象的方式影响我们生活的方方面面。” Hamlin 同意该演示“是你希望在这种材料上看到的各种测量的杰作,产生的数据正是你希望看到的类型。”
陷入困境的历史
然而,哈姆林和其他研究人员坚持认为,该组织的过去要求对今天的历史性主张进行历史性的审查。
“如果你从表面上看,这里有很多超导性的证据,”加州大学圣地亚哥分校的物理学家豪尔赫赫希说。 “但我不相信这些作者所说的任何一个。 我一点也不卖。”
赫希说,他的不信任源于长期以来对该组织前任和现任成员的研究渎职指控,他对其中的许多成员施压。 最近,在 2020 年,Dias 和他的合著者发表了一项关于碳质硫氢化物 (CSH) 的研究,该研究在大约 14 摄氏度(57.2 华氏度)和 267 吉帕时达到了临界转变。 几位专家几乎立即在用于验证材料对磁场响应的数据中发现了异常模式。 当迪亚斯和他经常合作的人, 阿什坎萨拉马特,内华达大学拉斯维加斯分校的物理学家在一年后以 149页的文件,他们详细介绍了一种不寻常且复杂的消除背景磁干扰的方法——他们说这是检测被小样本拒绝的微小磁场所必需的方法。 这种方法与他们在原始论文中描述的过程不一致,导致 自然 于去年 XNUMX 月发布撤回声明。
赫希和其他物理学家声称,这种不当行为超出了对磁场背景的误导性混淆。 九月,赫希和 德克·范德马雷尔,日内瓦大学名誉教授, 发表声明 Dias 和 Salamat 发布的原始 CSH 数据实际上是从已发布的数据中派生出来的。 “[我们]基本上从数学上证明了原始数据不是在实验室中测量的; 它们是捏造的,”赫希说。 哈姆林独立发布 预印本 去年 2022 月声称电阻率数据似乎也以未公开的方式进行了处理——这是导致 XNUMX 年撤回的问题之上的一项新指控。
介绍
迪亚士大力捍卫他的工作。 在撤稿后的几个月里,迪亚斯在阿贡国家实验室和布鲁克海文国家实验室对 CSH 材料进行了额外的实验。 在这些项目中,他邀请了独立科学家来观察材料的超导转变。 他最近提交了一份 新手稿 至 自然 这重复了 CSH 中高温超导性的声明,他坚持认为这将消除过去的指控。
“我们工作的目击者证明了我们的发现。 我们已经证明 CSH 可以实现超导性,就像‘reddmatter’一样,”Dias 说,指的是该小组的非正式, 星际迷航– 新的基于镥的材料的灵感名称。 “你可以相信或不相信这些证据——但你不能忽视它。”
尼勒什·萨尔克伊利诺伊大学芝加哥分校的一位物理学家协助进行了新的测量,但并未参与 2020 年的研究,他表示“这项新工作证实了 CSH 中的超导性。” 他称这种新镥材料的发现“非常了不起”,并补充说这是“超导领域的一个重要里程碑”。
然而,CSH 论文并不是唯一受到抨击的相关工作。 CSH 论文的合著者 Mathew Debessai 是一篇论文的第一作者 2009研究 声称在第三种材料铕中具有超导性,后来因提供更改数据而被撤回。 (Dias 不是本文的合著者。)Hirsch 断言 在该出版物中,“数据被复制并粘贴到另一个区域。” 其它 也有人争辩说,另一个数据中的一些数据 迪亚斯最近的论文 是从团队研究完全不同的物质时获取的数据复制而来的。
Dias 强烈否认所有不当行为的指控,并继续努力严格证明他在日常温度下发现超导性的主张,以及高压物理学界几乎每天的压力。 他强调,今天描述镥材料低压超导性的论文经历了异常严格的同行评审过程,涉及一年中大部分时间的多轮评审。 迪亚斯还表示,他与他人分享了所有原始数据 自然, 并且它将与新结果一起发布。 多位独立专家表示有信心 自然确保结果尽可能严格的能力。
“我很确定 自然 编辑和审稿人必须在发出绿色信号之前对它们进行烧烤,”Salke 说。
“对我来说,很难想象第二次撤回,”他说 米哈伊尔·埃雷梅茨,德国马克斯普朗克化学研究所的物理学家,领导了氢化物超导体的发现。 “尽管有史前史,我们还是应该认真考虑一下。”
迪亚斯强调,他和他的同事们在异常彻底的审查过程中一直保持完全透明。 “这次我们付出了一切,”他说。 “所有的技术和一切。 审稿人可以访问所有数据。”
非凡的审查过程,在不确定的历史之上分层,让一些研究人员陷入困境。 “我不知道我还能相信什么,”范德马雷尔说。 “这就是全部问题。”
确认和商务
最终,更广泛的研究人员社区的接受将掌握在其他实验室手中。 他们能否复制这种材料并确认其超导特性? 有理由希望答案会相对较快地到来。
虽然世界上只有少数几个小组可以在 CSH 中观察超导性所需的令人难以置信的高金刚石砧压力下工作,但有数十个实验室可以在镥基材料的低压状态下工作,哈姆林说。 迪亚斯说,在过去的几个月里,他的实验室一直在研究一种方法,可以从整个过程中完全去除金刚石砧座,这可以进一步加快确认这一发现的速度。
哈姆林说,为了让其他实验室忠实地再现结果,该小组必须愿意分享他们的整个原始数据集以及详细的样品制备方法,或者将他们的材料样品发送给其他实验室进行测试。
但是,外部访问可能达不到社区的希望。 Dias 和 Salamat 创立了一家初创公司, 超凡脱俗的材料, 其中, 迪亚斯 说过,已经从包括 Spotify 和 OpenAI 首席执行官在内的投资者那里筹集了超过 20 万美元的资金。* 他们最近还申请了氢化镥材料的专利,这将阻止他们邮寄样品。 “我们对如何制作样品有清晰、详细的说明,”迪亚斯说。 “考虑到我们流程的专有性质和现有的知识产权,我们不会分发这些材料。”他建议“某些方法和流程”也不在讨论之列。
“在不违反任何知识产权法的情况下,我们很乐意分享我们所做的事情,”Dias 说。 “也有一些限制,但我认为我们可以解决一些问题。”
编者按:
在斯里兰卡科学促进协会组织的 2021 年演讲中 后来发布到 YouTube迪亚斯说:“我们最近筹集了 20 万美元,只是为了专注于其中的科学部分。这些就是我们用于此类技术的投资者。”在那一刻(视频中的 43:25),屏幕上出现了一份名单。在“投资者(A 轮)”类别下,名字包括 OpenAI 首席执行官 Sam Altman 和 Spotify 联合创始人兼首席执行官 Daniel Ek。本文发表后,迪亚斯的一位代表告诉广达 这些都是“雄心勃勃的声明”,该公司尚未筹集资金,并且列出的名字是潜在投资者。
更正: 2023 年 3 月 8 日
本文的原始版本将 Nilesh Salke 确定为博士后研究员。 事实上,他是一名研究助理教授。
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- Sumber: https://www.quantamagazine.org/room-temperature-superconductor-discovery-meets-with-resistance-20230308/
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