南京大学8天即推翻室温超导新研究？

　　 “这个结论肯定是推翻了，毋庸置疑的。” 南京大学超导物理和材料研究中心主任闻海虎对《中国科学报》说出这句话的时候，语气足够坚决。

　　“这个结论”，指的就是当下大火的美国罗切斯特大学Ranga Dias团队的室温超导研究，他们宣称自己研发的一种镥氮氢材料在近1万个大气压（1 GPa）下实现了室温超导。

　　3月15日，闻海虎团队在预印本网站arXiv提交了一篇包括9个作者、长达16页的研究论文，题目是“氮掺杂氢化镥（LuH2±xNy）近环境条件下不存在超导性”，直截了当否定了Dias的研究结论。论文结论称，“我们的实验清楚地表明，从环境压力到6.3 GPa，温度低至10K（约-263摄氏度），镥氮氢材料LuH2±xNy中不存在超导性。”

　　这距离Dias的研究发布只有8天，如果实锤，Dias将会再次被打脸。

、闻海虎团队论文截图

、闻海虎 图源：南京大学

　　复刻Dias实验

　　3月7日，当看见Dias在美国物理学会会议上的报告结果，闻海虎火速安排重复实验，“我们的初步样品也很快出来了，后来又做了一些调整”。

　　为何效率如此之高？闻海虎称，这是他们团队加班加点、多位成员共同努力的结果。事实上，这个复刻实验“难度不是很大”，“但是测量起来还是有难度的”，因为需要精细的信号，而数据分析也还是有难度的，幸好“我们平时有很好的积累”。

　　实验并非完全的复刻。闻海虎发现，Dias给的制备样品材料方案几乎不可行，于是他们结合自己的条件，完全以新的方式进行合成并得到了镥氮氢材料。经X射线衍射仪技术检查后，该材料结构与Dias的样品几乎一致，且能量色散X射线光谱仪分析也发现了氮元素。

　　闻海虎团队随即在6万个大气压以下的不同压力中，对该材料电阻进行了测量，发现低至10K都没有超导发生。同时，他们也进行了仔细的磁化测量，发现没有超导所需的抗磁信号。闻海虎说，这些发现足以否定Dias的常温低压下的超导结论。

闻海虎团队的镥氮氢材料的光学显微镜图像显示，在不同压力下未能重现Dias实验中材料颜色自粉色到红色的转换。

　　因为Dias并没有说明其研究材料中的氮含量，目前只能以材料结构来讨论。闻海虎说，尽管样品中氮含量或许会有所不同，但是材料结构一样、3种元素兼具，这个情况下要有超导就应该产生了，“不能说那一点成分的改变会决定超导或不超导”。

　　为什么Dias的制备样品方案不可行呢？Dias的方案是，用两个小金刚石对着微腔中的镥、氮气和氢气在65摄氏度下加压到1万个大气压。闻海虎分析说，Dias的材料制备方法存在明显的不合理性，65度太低，这个温度下能产生金属和氮气、氢气的反应是不可思议的。

　　闻海虎说，Dias可能给了一个错误的条件，或许是温度少了一个“0”，“除非用激光加热，否则很难做出来”，然而Dias并没有提到激光。闻海虎团队采用了高温高压炉来烧，很快就得到了镥氮氢材料。

　　闻海虎考虑到了更严谨的情形。他说，这个材料在几十万大气压是否会出现高温超导，还不能下结论，“我们也正在做”。

　　需要更多的验证

　　从1968年到今天，物理学家一直在研究从氢气到富氢化合物这类与氢有关的超导属性，包括硫化氢、稀土氢化物和碱土氢化物可以在超过200K的温度下转变为超导态。

　　Dias团队这次将氢化镥中的部分氢换成氮，并宣称在1 GPa、20摄氏度的最高转变温度下测量到了超导。如果证实，这将是史无前例的一大步。

　　此前，中国科学院物理研究所研究员靳常青在接受《中国科学报》采访时，提及Dias这次研究的几个存疑的细节，包括合成样品结构不清楚、氢的含量太低（与之前发现的富氢超导体迥异）。

　　为何氢的含量如此重要，这与学界对超导的一种固有认识有关。一般而言，超导材料中氢含量越高，其超导转变温度越高。

　　计算化学家、美国加州州立大学北岭分校副教授苗茂生告诉《中国科学报》，对于富氢超导体和低氢超导体，二者“是完全两个不同的系统”，Dias的结论颠覆了已有的认识。比如“LaH10”（十氢化镧）超导转变温度为零下13℃，已经很高；而Dias的镥氮氢材料中，镥:氢摩尔比不到3，远远低于十氢化镧，其超导转变温度却高于十氢化镧。

苗茂生 图源：加州州立大学北岭分校

　　苗茂生说，很难想象Dias的镥氮氢材料会成为一个电声子耦合超导。基于电声子耦合理论计算得出，这个材料的超导转变温度应该在十几K。

　　他提示说，高压实验是非常难做的实验，样品特别小，合成条件又很难达到非常均匀，加上信号测量的噪音就会非常大，这些都是容易产生误判的因素。

　　除了闻海虎团队，近期还有数篇有关氢镥材料的类似研究发表。

　　更早的研究来自靳常青团队。3月9日，他们在arXiv发表研究称，多氢化镥在218 GPa的压力下超导转变温度为71K（约-202摄氏度）；当压力释放到181GPa时，超导转变温度降低到65K（约-208摄氏度）。这些超导转变温度都远远低于室温。

　　中国科学院物理研究所研究员程金光团队于3月12日在arXiv发布了另一项研究，尽管他们的材料没有添加氮元素，然而他们在高达7.7 GPa的压力下对二氢化镥测量表明，温度低至1.5K（约为-272摄氏度）时没有超导性。

　　值得关注的是，Dias的两次“前科”让人无法对其研究放心。可测试、可重复性和透明度是科学研究具有可信度的重要因素。Dias此前的两次重要研究，包括发表在《科学》杂志上的金属氢研究和在《自然》杂志发表的碳氢硫超导研究，均未具备这些因素。

Dias 图源：罗切斯特大学

　　《自然》杂志也注意到Dias的过往。靳常青和美国伊利诺伊大学香槟分校的David Ceperley在该期刊发表评论文章称，因为Dias关于碳硫氢化物高温超导的论文被撤回，那么对其最新研究的独立测量数据将有助于消除疑虑。

　　苗茂生也提醒说，既然《自然》杂志接受了Dias的工作，那么就要严肃地讨论它，如果要否定他的工作就需要更多的证据和重复性验证，后续应该会有多个验证实验很快发表。

　　参考：

　　https://mp.weixin.qq.com/s/rk8psZLFWP7I6IyMkr2nPQ

　　https://mp.weixin.qq.com/s/bSQ_BvGcB4nUJppVr5u26g

　　https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/3/495960.sht