南京大学《自然》杂志发文：室温超导被否

5月11日，自然（nature）杂志发表了南京大学闻海虎团队的文章，该文以详尽的实验数据证实未在镥氮氢体系中观察到近常压室温超导现象。这标志着Ranga Dias小组宣称的近常压超导主张“正式”被科学界否定。

作为一个“否定性”的工作，被刊发在自然杂志上是非常不同寻常的。简单说，发现室温超导的工作是大新闻，会激发起大家的关注，但否定室温超导的工作就不是个大新闻了。

这里的背景是，科学研究越来越注重创新，仅仅是数据详实，并不surprise的工作，虽然对学科内部步步为营的进步有意义，但不足以吸引眼球。这就无法为学术共同体（小同行们）吸引到足够多的资金以及人力资源（学生）。时间久了，这个领域就萎缩了。

在一个成熟的领域，过分注重创新，会导致“新颖比正确更重要”的价值取向（胆子要大），会导致在实验证据不充分的情况下，作出各种经不起推敲的主观判断（甚至学术不端）。学术共同体对这种倾向的纠偏就是发表各种否定性的工作以及公开共享实验的原始数据（参考：数据、区块链与Open Science）。国外有学者甚至提议设立专门发表否定性工作的期刊。

## 前情介绍

在超导的BCS框架下（参考：我们对超导的理解有多深，误解就有多深），物理学家Ashcroft设想金属氢应当具有室温超导，但要把金属氢维持在固体状态，需要施加非常高的压力。所以金属氢迄今还没有在实验上被合成。再引入一个元素后，氢的二元化物（比如H3S），由于具有内部化学压力，它将可以在较低压强下稳定下来并超导，这是已经被物理学家实现了的，但可惜压强仍然很大，200GPa（200万大气压），超导转变温度（200K）确实大大提高了。Dias小组则是又引入了一个元素，研究了氢的三元化物，氮掺杂的镥氢化物，号称可以实现近常压（1GPa，1万大气压）的室温超导（参考：室温超导圣杯这次要大结局了吗？）。该工作于今年三月在自然杂志见刊（参考：近常压室温超导卤蛋氢（Lu-N-H）论文拆解），一发表就被科学家广泛质疑（参考：室温超导吃瓜：二元镥氢化物已经合成出来了，“非凡的主张，需要非凡的证据”之室温超导版），迄今为止尚无人重复Dias小组的工作，有的都是不利于他的结果（参考：南京大学团队出手，8天即推翻室温超导新研究？）。

## 否定的结果

回到闻海虎团队的这篇文章，他们首先用X射线衍射和拉曼的数据证明他们研究的镥氮氢材料和Dias小组研究的材料是一种材料。

左：闻团队XRD；右：Dias小组XRD；可见闻团队的样品更纯，基本上没有LuH的杂相（对应右图中的小峰）。

拉曼位移（Raman shift）反映的是晶格振动的信息，图中黑、蓝、绿线对应闻团队的样品，红线对应的是Dias小组的样品。

进而用扫描电子显微镜（SEM）的能量色谱（EDS）分析表明镥氢样品中成功地掺入了氮。

这张图说明N确实被掺进样品了。

在最关键的电阻测量中，闻海虎团队的这篇文章没有观察到任何超导零电阻的迹象，而在Dias小组的文章中，超导零电阻是通过一些数据处理的操作获得的。Dias小组对数据的这种处理当时就受到了实验领域内专家的广泛质疑。如果体系发生超导转变的话，通常我们并不需要做这样的处理就能看到零电阻现象。（设想一个宏观体系，由于材料制备的原因，某些区域是超导材料，另一些区域不是，这相当于是有两个导电的通道，一个是零电阻，另一个是非零的，只要超导区域足够大，互相连缀在一起，那么测量结果就应当是零电阻的。）

不作数据处理，就没有零电阻。

闻海虎团队还在施加磁场的情况下，对电阻-温度关系进行了测量，发现没有像超导体所预想的向较低温度的漂移（下图c）。

Dias小组文章中观察到了随压力变化，镥氮氢体系会发生有趣的颜色变化，不加压的时候样品呈暗蓝色，随着压力的增大会逐渐变为亮粉色，把压力撤掉，又会恢复为暗蓝色。很多实验组后来也都观察到了这种现象，闻海虎团队文章把这些结果汇总为下图：

这种现象看来是依赖于样品的，但Dias小组的样品在比较小的外加压力条件下就变成了亮粉色（最上）。考虑使用金刚石对顶砧时压力测量的误差较大，并且这个颜色的变化与具体材料的关系较大，这个现象还是可以理解的。

针对这个现象，我国物理所的科学家给出了一种解释（arXiv:2303.16745）：当载流子密度较低时，金属的等离激元频率ωp会随着压强的变化而发生移动。当压强增大时，金属的等离激元边缘（plasmon edge）会发生蓝移，这意味着蓝光部分会更多地被吸收，样品自然会在高压下呈亮粉色。细节请参考下面的截图。不了解等离激元概念的同学，可以参考李正中先生写的《固体理论》。

最后，个人认为比较有意思的是闻海虎团队测量了镥氮氢样品的磁矩M随温度T变化的曲线，由于超导体具有完全抗磁性，发生超导转变样品的磁矩应发生一个突变（下图d），很明显在镥氮氢体系中我们没有观察到这样的变化（下图a，b）。

图a，b中都没有磁矩的突变，图c是测量仪器的背底信号，图d是超导样品，很明显磁矩在100K附近有明显的突变。

鉴于闻海虎团队的文章已经被自然杂志接受，我现在在想，Dias小组的文章过一段时间会不会被撤稿呢？请在评论区说说你们的想法。