Nature撤回封面论文，“室温超导”是一场闹剧
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当地时间9月26日，美国罗彻斯特大学Ranga Dias团队发表的室温超导研究在历经两年争议后遭到Nature撤稿。这次撤稿行动中，Nature并没有和该研究的作者达成共识，而是态度果决地撤下了这篇论文，轰动一时的室温超导研究竟以一种不甚体面的方式惨淡收场。
实验加压装置金刚石压砧
图片来源：MIKE BRADLEY/BIGSLIDE
超导体现在前沿材料领域最受瞩目的黑马之一。虽然超导研究发展已逾百年，但目前超导材料的应用仍存在极大限制——通常来说是需要维持极为严苛的低温条件才能得到超导性质。
近年来材料科学的不断进步，使得超导材料的临界温度不断突破。不过真正轰动性的发现在两年前，2020 年，罗彻斯特大学Ranga Dias团队在Nature发表封面文章，研究宣称在 267 GPa、287 K（约15 ℃）条件下实现了碳-硫-氢（CSH）体系超导，尽管该材料还只是在极端压力条件下锻造的碳、硫和氢的微粒，但它仍然极大地震撼了人们，因为超导材料的低温限制被攻破了，室温（25℃）超导已经近在咫尺。如果研究可靠，那么这种材料将很快应用到核磁共振成像仪、磁悬浮铁路、原子加速器和核聚变反应堆等装置中，实现技术的飞跃性进展。
但遗憾的是，这项研究似乎并不那么可靠。9月26日，Nature撤下了该论文。撤稿声明显示，该研究关键数据处理、分析的有效性受到怀疑，尽管作者坚持认为原始数据能够支持论文的主要结论，但过去两年中其他科学家对研究数据的频繁质疑无疑削弱了论文可信度。佛罗里达大学凝聚态物理学家James Hamlin说：“人们质疑这项研究已有相当长一段时间。” 加州大学圣地亚哥分校理论物理学家Jorge Hirsch表示，仅仅是撤稿还不足够，他认为这反而掩饰了该研究中的学术不端现象：“我认为这里面有大问题，你不能把它视作普通的意见分歧。”
这次撤稿的不寻常之处在于，Nature编辑不顾九位作者的反对采取了强制撤稿行为。双方似乎最终也没就撤稿问题达成任何共识。Dias表示：“我们坚持我们的研究结论已经在理论和实验上得到了验证。” 该研究的合著者、内华达大学拉斯维加斯分校物理学家Ashkan Salamat则指出，撤稿声明并没有质疑研究结论最关键的部分——超导体电阻的下降。他说：“我们对Nature编委会的决策感到困惑和失望。”
科学家认为，在高于地心的压力条件下，氢能够表现出超导金属的性质，被称之为金属氢。而向氢中加入其他元素并形成氢化物结构，可以“化学地”增加材料压力，从而减少材料对外部压力的需求。在金刚石压砧（一种超高压装置）中，这种氢化物材料能够达到超导性。正如罗马萨皮恩扎大学的理论物理学家Lilia Boeri所说，“这些氢化物材料是金属氢在低压力条件下的实现方式。”
2015年，德国马普学会化学研究所物理学家Mikhail Eremets的团队报告了第一个超导氢化物：氢硫混合物。该材料的超导临界点在极高的压强下可以达到203K（约-70°C）。这个临界温度相比大多数超导材料已经是进步，但离室温仍然很遥远。一些科学家则设想，在混合物中加入第三种元素，或可以将给材料赋予第三个变量，从而令超导临界点更接近常温常压。Dias团队的这项研究即是这个思路，他们添加的第三种元素是碳，将碳-硫-氢体系装载到金刚石压砧中加压后，创造出一种新材料。在压力为267GPa（相当于大气压的260万倍）、温度为288K（约15°C）时可以实现超导。
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争议焦点：磁化率数据
但是超导的特性不仅仅在于电阻的降低。超导体的另一个关键特征是完全抗磁性。完全抗磁性又称迈斯纳效应，是指超导体从一般状态相变至超导态的过程中对磁场的排斥现象。但要在金刚石压砧中测量迈斯纳效应近乎不可能，因此科学家们转而测量另一个相关量，即“磁化率”。但测量磁化率难度也不小，样品尺度太小、高压环境、实验组件嘈杂的背景磁信号。“这就好比在太阳出来时，试图观察星星”，Hamlin说。
Dias的研究的磁化率测量数据是导致撤稿的主要原因。Dias的团队报告说，他们在减去背景信号后测量到了磁化率数据，但却没有公布这一原始数据。针对部分批评，Dias 和 Salamat 在2021年将论文发布到 arXiv 预印本平台，该版本包含了原始磁化率数据，并试图解释他们是如何减去背景信号的。康奈尔大学量子材料物理学家Brad Ramshaw表示：“这篇文章暴露出的新问题比它试图回答的问题更多，从原始数据到发布数据的整个过程都非常不透明。”
Hirsch更是直接指控Dias 和 Salamat 造假。Dias的团队将部分数据用平滑的多项式曲线拟合，但Hirsch声称，这对于嘈杂的实验室测量是不可能的，只能是一种捏造。Hirsch一直在arXiv抨击 Dias 的研究，甚至因批评过于激烈而被暂时禁言。他还向罗切斯特大学投诉，但该大学在两次调查中均没有发现Dias 团队的任何学术不端证据。
撤稿后，Dias表示，他们计划在不减去任何背景的情况下将论文重新提交给Nature，并表示仅从原始数据就能看出磁化率的变化。Salamat 还指出，Hirsch 和 Van der Marel 两个“批评主力”并不是高压实验专家。他说：“我们认为他们的一些行为已经转向人身攻击，我们只是不愿让人大老远地来抹黑我们。” 据悉，Dias 已经致函Van der Marel 就职Hirsch的学校交涉。
Eremets表示，关于CSH超导材料，Dias的研究可能仍然是正确的。即便他本人至少尝试了六次，也没复现出实验结果。不过Eremets表示，这可能是因为Dias团队在分享实验方案的细节上有所保留。Salamat则表态称，欢迎同行到他们的实验室观察他们的实验，并同时提到今年7月就有一份CSH复制样本发表。但批评者质疑该复制研究的独立性，因为它是由 Salamat 的小组领导的，并且有多位原论文作者参与。
在学界争论不休的时候，Dias 和 Salamat已经迈开了创业的脚步。两人共同创立了一家名为 Unearthly Materials 的公司，以研发商用室温超导体。Salamat 宣告：“我们已处于高温超导新时代的大门前。”但Eremets仍旧怀疑Dias的新型超导体能否经得起检验。但他坚信真相很快就会清楚明白。“科学不惧检验，真相迟早来临”，他说。
参考文献：
[1] https://www.science.org/content/article/something-seriously-wrong-room-temperature-superconductivity-study-retracted
[2] https://doi.org/10.1038/s41586-020-2801-z
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