美国院士称初步复现室温超导成果,南大闻海虎再回应

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实验时使用的金刚石对顶砧。图片来源:Adam Fenster / University of Rochester
实验时使用的金刚石对顶砧。图片来源:Adam Fenster / University of Rochester

闻海虎教授是南京大学超导物理与材料研究中心的主任,致力于超导材料的合成、性质研究及磁通动力学研究。今年5月,他带领的团队在《自然》(Nature)上在线发表了一项研究称,他们制备的氮掺杂的镥氢化物(又称镥-氢-氮化合物)没有表现出近常压室温超导性。

这否定了美国罗彻斯特大学的兰加·迪亚斯(Ranga Dias)团队今年3月在《自然》上发表的研究——他们制成的镥-氢-氮化合物可以在1万个大气压的近常压下实现室温超导,临界温度约为21℃。

随后在6月9日,迪亚斯的长期合作者、支持者拉塞尔·海姆利(Russell Hemley)在预印本平台Arxiv发表文章,声援迪亚斯备受争议的室温超导研究。这篇文章也回应了那些否定迪亚斯研究的团队(包括闻海虎团队)的工作,并表示,合成方法不同以及镥-氢-氮材料制备的难度较大,是导致复现实验失败的主要原因。

对此,闻海虎教授受《环球科学》邀请,就目前关于近常压室温超导研究的争议,以及新发表的预印本论文谈了谈他的看法。

《环球科学》请问您和团队5月份发表于《自然》的研究,从哪些方面可以明确否定氮掺杂的镥氢化物的室温超导性?

闻海虎:我们当时采用了不同于迪亚斯团队的新方法制备出了镥-氢-氮化合物,但通过X光衍射和拉曼光谱发现结构跟迪亚斯等人做出来的几乎一样,同时成分分析也发现氮的存在。不过,我们将压力加到40万个大气压,温度降至2K都没有测到超导,就更不要说常压、近常压室温超导了

《环球科学》:如果要确定一种材料的超导性,有哪些衡量标准?

闻海虎:首先,超导的基本特征要非常明确,一个是零电阻态。还有一个也要非常明确的是我们叫迈斯纳效应,就是抗磁效应,也就是说超导体要把磁场排到体外。那么,(6月9日发表在预印本上的)这篇文章拿了迪亚斯他们其中一个样品(估计是提前测过并带高压包直接拿过来的)进行了另外一次电阻测量,文中显示电阻下降的没有更多的样品——只是一个样品,然后测量了一下电阻,说电阻到零了。那么,这其实相当于把迪亚斯那篇文章中的一个样品,到另外一个课题组里重新测量了一下。新测量的结果里面有很多破绽。

闻海虎:我可以谈一谈目前这篇贴出来的文章有什么破绽。为什么我们现在质疑这个不是超导呢?就是说电阻转变太突然、太陡了这违反了超导现象的基本认知。比如,99.99%纯度的铌超导体,我们的测量电阻转变宽度是0.2K,也做不到他们这个电阻这么陡峭,更何况铌的超导温度才9K,而现在的所谓“超导体”温度有240K甚至更高,电阻转变宽度才0.1K,要知道此时的热激活出来的电子已经很多了,转变不可能如此之窄的。所以说,他们得到的曲线本身就是违反超导的基本认知。

第二,它的文中显示的电极做得很糟糕。他们图片上显示的电极等形状很不规范,甚至可以用糟糕二字来形容。对于一个好的高压实验,糟糕的电极连接是不允许的,否则会出现很奇怪的结果。

第三,超导不是说电阻掉一下就是超导,还需要其他更本征的性质,特别是磁性质,比如抗磁性质或者电阻曲线在磁场下向低温移动。这一点非常关键,没有这个性质就不能谈已经发现超导了。至于是测量的样品电阻是否真正为零,还是电压为零,这是两码事,需要仔细甄别。

所以基于这三点,现在看起来根本也谈不上网络上说的“峰回路转”。这电阻的陡降极有可能是个假象,原因待查。

《环球科学》:我想再确认一下,您刚说的这些破绽是指这篇预印本的文章,还是也包括之前那篇(迪亚斯团队的)文章?

闻海虎:包括以前那篇文章。因为现在这篇预印本文章中的曲线和以前文章中的部分曲线看起来是类似的。

《环球科学》:在这篇预印本文章里,迪亚斯团队3月份发表于《自然》的研究的第一作者称,他们当时制备镥-氮-氢的成功率可能也是35%,您认为这样的一个概率在这个领域属于一个什么等级的重复性?

闻海虎:作为发现或定义一种新超导体,这种说法也许就是一种搪塞之言。发现一个新超导体必须是可重复的。重复率只有35%有点勉强;当然了,如果超导现象很明确,即便是百分之35的样品我们也能接受。但是现在情况是现象又不明确,然后又说只有35%的几率才能做出来,那么让别人就很难真正地验证他们的结果。一般来说,如果要验证一个超导现象,那么其他组只要方法得当,按道理就应该能够重复出来才行。

《环球科学》:另外,他在这篇预印本文章里也说,包括您的团队在内的、否定当时室温超导结果的团队所使用的方法跟迪亚斯团队的不同,所以他们认为由于合成方法有出入,才导致无法重复出来。您对此有何看法?

闻海虎:我们也有中国科学家使用了一模一样的方法来做,但是也没有测到超导,比如中科院物理所孙力玲研究员的工作。我认为孙研究员的工作做得很仔细,是非常可靠的。

《环球科学》:他们的研究一直强调氮掺杂这件事,您认为氮掺杂在里面起着什么样的作用?

闻海虎:虽然他们一直强调氮掺杂的作用,但是怎么起作用的,多少量,他们也说不清楚。氮元素在哪个位置,什么形态,他们也不知道。但是重要的是,他们的数据要表现出真正的超导性,然后我们才能相信他们说的(氮掺杂的重要性)。

《环球科学》:预印本这篇文章用的样品是迪亚斯团队提供给他们的,但似乎并没有说明这是新合成出来的,还是旧有的样品?

闻海虎:他们这篇文章里没说清楚,我今天还给他(这篇预印本文章的通讯作者)发了一条消息,请他解释一下到底是带着金刚石高压包一起带过来的,还是一个纯粹的新的样品,然后拿过来以后重新装高压包。文章里并没有说清楚。如果是前者,意义就不是很大了,只是换了一个测量地点和仪器而已。

《环球科学》:请问目前室温超导领域的研究状况?

闻海虎:我们当然希望近常压室温超导是个真实现象,我们领域里面的每一位科学家都希望如此。但是你要用可靠的、容易重复的,大部分组都能重复的实验来证实这样一种重要的现象。现在,我们距离近常压室温超导这个目标还比较远,但是也不是说不能实现,朝着这个方向努力哪一天就实现了。