科学家发现新型室温超导体

科学家们本周宣布了一项诱人的进展，实现了一种可以在日常条件下毫不费力地传输电力的材料的梦想。 这样的突破可以改变几乎所有使用电能的技术，为您的手机、磁悬浮列车和未来的核聚变发电厂开辟新的可能性。

通常，电流在穿过电线时会遇到阻力，几乎就像一种摩擦，一些能量会以热量的形式损失掉。 一个世纪前，物理学家发现了现在称为超导体的材料，其中的电阻似乎神奇地消失了。 但这些材料只会在超自然的超低温下失去抵抗力，这限制了实际应用。 几十年来，科学家们一直在寻找可在室温下工作的超导体。

本周的公告是这方面的最新尝试，但它来自一个面临广泛怀疑的团队，因为 2020 年的一篇论文描述了 一种有前途但不太实用的超导材料 曾是 缩回 在其他科学家质疑一些数据之后。

这种新型超导体由镥（一种稀土金属）和混有少量氮的氢组成。在获得超导能力之前，需要将其压缩至每平方英寸 14,500 磅的压力。 这大约是海洋最深海沟底部所施加压力的 10 倍。

但这也不到 2020 年结果要求的百分之一，这类似于在地球深处数千英里处发现的压碎力。 这表明，对该材料的进一步研究可能会导致超导体在环境室温和每平方英寸 14.7 磅的通常大气压下工作。

“这是可用于实际应用的新型材料的开端，”纽约罗切斯特大学机械工程和物理学教授兰加·P·迪亚斯 (Ranga P. Dias) 周二对挤满了科学家的房间说在拉斯维加斯举行的美国物理学会会议上。

对他的团队的调查结果进行了更全面的说明 周三发表在《自然》杂志上，发表的同一本杂志，然后撤回了 2020 年的调查结果。

罗切斯特的团队从小而薄的镥箔开始，镥是一种银白色金属，是稀土元素中最稀有的一种，然后将其压在两颗互锁的钻石之间。 然后将一种含有 99% 的氢气和 1% 的氮气的气体泵入这个小腔室，并被压缩至高压。 样品在 150 华氏度下加热过夜，24 小时后，释放压力。

大约三分之一的时间，该过程产生了预期的结果：一颗充满活力的小蓝色水晶。 “将氮掺杂到氢化镥中并不那么容易，”迪亚斯博士说。

在迪亚斯博士小组使用的罗彻斯特大学实验室房间之一中，研究生希兰亚·帕桑 (Hiranya Pasan) 在上周的一次记者访问中展示了这种材料令人惊讶的变色特性。 随着螺丝拧紧以增加压力，蓝色变成了红色。

“它非常粉红，”迪亚斯博士说。 他说，如果压力更高，“它会变成鲜红色。”

通过晶体照射激光揭示了它们如何振动并解锁了有关结构的信息。

在另一个房间里，迪亚斯博士团队的其他成员正在对其他晶体进行磁性测量。 随着温度的下降，计算机屏幕上绘制的数据中出现了预期的曲线，表明向超导体转变。

“这是我们现在正在进行的实时测量，”Dias 博士说。

在论文中，研究人员报告说，粉红色晶体在高达 70 华氏度的温度下表现出超导体的关键特性，如零电阻。

“我持谨慎乐观的态度，”华盛顿卡内基科学研究所的科学家 Timothy Strobel 说，他没有参与 Dias 博士的研究。 “论文里的数据，看起来不错。”

“如果这是真的，那将是一个非常重要的突破，”休斯顿大学物理学教授 Paul CW Chu 说，他也没有参与这项研究。

然而，这种情绪中的“如果”部分围绕着迪亚斯博士，他一直受到质疑和批评的困扰，甚至一些科学家指责他伪造了一些数据。 2020 年发表在《自然》杂志上的论文的结果尚未被其他研究小组复制，批评人士说，迪亚斯博士在让其他人检查他的数据或对他的超导体进行独立分析方面行动迟缓。

去年，《自然》杂志的编辑不顾迪亚斯博士和其他作者的反对，撤回了较早的论文。

“我对那个小组的成果失去了一些信任，”佛罗里达大学物理学教授詹姆斯哈姆林说。

尽管如此，这篇新论文还是通过了同一期刊的同行评审过程。

“论文被撤回并不会自动取消作者提交新手稿的资格，”《自然》杂志的一位女发言人说。 “所有提交的手稿都是根据其科学的质量和及时性独立考虑的。”

周二在拉斯维加斯举行的会议上，许多物理学家挤满了一个狭窄的会议室，主持人要求一些人离开，这样他们就不必取消演讲。 一旦房间变得稀疏，迪亚斯博士就能够不受干扰地展示他的发现。 当他感谢人群时，主持人对他们没有时间提问表示遗憾。

Strobel 博士承认围绕 Dias 博士的持续争议以及尚未重现的早期非凡声明。

“我不想过多地解读它，但这里可能存在一种行为模式，”斯特罗贝尔博士说。 “他真的可以成为世界上最好的高压物理学家，有望获得诺贝尔奖。 或者还有其他事情发生。”

在压力之下

荷兰物理学家 Heike Kamerlingh Onnes 及其团队于 1911 年发现了超导性。超导体不仅以基本为零的电阻携带电力，而且还具有称为迈斯纳效应的奇怪能力，可确保材料内部的磁场为零.

第一个已知的超导体需要的温度仅比绝对零高几度，即负 459.67 华氏度。 在 20 世纪 80 年代，物理学家发现了所谓的高温超导体，但即使是那些在比日常使用中遇到的条件更寒冷的条件下也变得超导。

解释超导性的标准理论预测，如果氢能被足够大地挤压，它在更高温度下应该是超导体。 但即使是最坚韧的钻石也会在达到如此巨大的压力之前破裂。 科学家们开始研究与另一种元素混合的氢，推测化学键可能有助于压缩氢原子。

2015 年，德国美因茨马克斯普朗克化学研究所的物理学家 Mikhail Eremets 报告称，硫化氢——一种由两个氢原子和一个硫原子组成的分子——在被压缩至约 2200 万华氏度时，在负 94 华氏度时变得超导每平方英寸磅。 这是当时超导体创纪录的高温。

Eremets 博士和其他科学家随后发现，氢化镧（一种含有氢和镧的化合物）在超高压下达到负 10 华氏度的超导温度。

在 2020 年撤回的论文中描述的研究中，迪亚斯博士的团队使用了氢、硫和碳。 科学家们说，通过三种元素，他们能够调整化合物的电子特性，以实现更高的超导温度。

然而，并非所有人都相信这一点。

迪亚斯博士的主要对手是加州大学圣地亚哥分校的理论物理学家豪尔赫赫希。 他专注于 Dias 博士的团队对碳-硫-氢化合物对振荡磁场的响应所做的测量，这是迈斯纳效应的证据。 论文中的情节似乎太整齐了，科学家们没有解释他们是如何在情节中减去背景影响的。

赫希博士说，当迪亚斯博士发布基础原始数据时，他的分析表明它是由数学公式生成的，无法在实验中实际测量。 “从测量中，你不会得到解析公式，”赫希博士说。 “你会得到带有噪音的数字。”

他对迪亚斯博士的抱怨变得如此顽固和尖锐，以至于该领域的其他人散发了一封信，抱怨赫希博士数十年来的破坏行为。

Hirsch 博士是一位在中国商店里的牛市逆向投资者，他的目标是 BCS 理论，该理论由三位物理学家——约翰·巴丁 (John Bardeen)、里昂·N·库珀 (Leon N. Cooper) 和 J. 罗伯特·施里弗 (J. Robert Schrieffer) 于 1957 年提出，旨在解释超导性的工作原理。 他说，BCS 在很多方面都是“谎言”，无法解释迈斯纳效应。 他提出了自己的替代解释。

值得注意的是，赫希博士一直在说，这些高压材料中的任何一种都不可能具有超导性，因为氢不可能是超导体。 他几乎没有获得盟友。

虽然 Hirsch 博士小心翼翼地说 Dias 博士以外的科学家没有行为不端，但他说他们是在自欺欺人。

“在我看来，垃圾成为结论，”他说。

抗性和繁殖

佛罗里达大学的哈姆林博士也深入研究了磁测量，并表示原始数据看起来更像是来自已发表的数据，而不是相反。

当 Hamlin 博士发现他 2007 年写的博士论文中的几段逐字逐句地出现在 Dias 博士的论文中时，他也感到不安。

迪亚斯博士驳斥了持续不断的批评，并说他的团队提供了解释。 “我只是觉得这只是来自背景的噪音，”他说。 “我们努力不断推动我们的科学向前发展。”

他说他仍然支持早期的结果，并且周三的论文采用了一种新的磁测量技术。 他说，这篇论文已经过审稿人的五轮审查，所有支持研究结果的原始数据都在共享。

“它又回到了自然界，”迪亚斯博士说。 “所以这告诉了你一些事情。”

罗彻斯特大学发言人萨拉·米勒 (Sara Miller) 表示，经过两次大学调查，“确定没有证据支持这些担忧。” 她还表示，该大学“考虑了 2022 年 9 月撤回《自然》论文的问题，并得出了相同的结论。”

对于从哈姆林博士的博士论文中复制的文本，迪亚斯博士说他应该包括引文。 “这是我的错误，”迪亚斯博士说。

碳硫氢材料的预印本重做测量 来自 2020 年撤稿的论文现在正在流传，但即使这样也引发了问题。 “它们与最初的测量值有很大不同，”斯特罗贝尔博士说。 “有人可能会说他们自己甚至没有重现结果。”

由于新的基于镥的材料在低得多的压力下具有超导性，许多其他研究小组将能够尝试重现该实验。 迪亚斯博士说，他想为如何制造化合物和共享样品提供更精确的配方，但首先需要解决知识产权问题。 他创立了一家名为 Unearthly Materials 的公司，计划将研究成果转化为利润。

斯特罗贝尔博士表示，他从拉斯维加斯会议回来后将立即开始工作。 “我们可以在一天之内得出结果，”他说。

赫希博士还表示，他希望答案很快就会到来。 “如果这是正确的，那就证明我过去 35 年的工作是错误的，”他说。 “我会很高兴，因为我会知道的。”

赫希博士补充道，“但我认为我是对的，这是错误的。”

金伯利麦吉 来自拉斯维加斯的报道。