登上 Nature 封面的“首個(gè)室溫超導(dǎo)體”重磅論文，突然被撤下了！
什么情況？？？
要知道，這篇論文當(dāng)時(shí)在學(xué)術(shù)圈引起了巨大轟動(dòng)，劍橋大學(xué)、馬普所等眾多知名學(xué)者都表示這具有“里程碑”一般的意義。
并被 Science 評為 2020 年度十大科學(xué)突破之一。
研究發(fā)現(xiàn)了人類歷史上第一種室溫超導(dǎo)體，可以在 15℃“高溫”下無任何電阻地導(dǎo)電：
室溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，不僅加速了超導(dǎo)磁體相關(guān)如粒子對撞機(jī)、核聚變等研究的進(jìn)度，還可能真正降低我們平時(shí)生活中的電力傳輸損耗。
但論文公開后，質(zhì)疑聲浪越來越大：最初只是有人探究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性，到后面連實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性也開始被懷疑。一位萬引學(xué)者嘗試復(fù)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn) 6 次，全部以失敗告終。
BUT，更令人意外的是 9 位作者的態(tài)度 ——
他們一致反對外界的質(zhì)疑，認(rèn)為自己的論文是“經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和理論驗(yàn)證”的結(jié)果。
直到這篇論文被 Nature 主動(dòng)撤稿，他們也完全不同意“論文涉嫌操縱數(shù)據(jù)”這一理由。
所以，這項(xiàng)研究的核心爭議點(diǎn)究竟是什么？
證明超導(dǎo)現(xiàn)象的關(guān)鍵數(shù)據(jù)“存在疑云”
先來看看 Nature 給出的撤稿理由：
在一些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)處理步驟中，（這篇論文）使用了一種非標(biāo)準(zhǔn)化的、用戶自定義的程序。
具體而言，這個(gè)程序指的是論文中用來處理原始數(shù)據(jù)、以生成磁化率圖的背景減法（background subtractions，用于處理嘈雜背景信號(hào)的方法），處理后的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在圖 2a 和補(bǔ)充材料圖 7d 中。
但論文卻沒有針對這種背景減法進(jìn)行解釋，因此數(shù)據(jù)有效性也受到質(zhì)疑，我們認(rèn)為這會(huì)削弱外界對磁化率數(shù)據(jù)的信心。
其中，磁化率是判斷材料是否進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的重要依據(jù)之一。
（材料進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的兩個(gè)依據(jù)：磁化率在某種條件下突變?yōu)?1，具備完全抗磁性；電阻突然消失，具備絕對 0 電阻）
簡單來說，Nature 認(rèn)為論文作者在處理非常關(guān)鍵的磁化率數(shù)據(jù)時(shí)，采用了一種不尋常的方法，卻沒有解釋為什么要用這個(gè)方法。
被質(zhì)疑的兩張圖片長這樣：
乍一看似乎沒什么問題：圖 2a 表示在不同壓力的情況下，這種材料在達(dá)到不同特定溫度時(shí)，磁化率均會(huì)出現(xiàn)突變，意味著進(jìn)入了超導(dǎo)態(tài)；圖 7d 是其他壓力下的磁化率變化。
但如果對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行簡單的處理，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一些奇怪的地方。
例如，對一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)求差分（difference，前一個(gè)數(shù)據(jù)減去后一個(gè)數(shù)據(jù)，相當(dāng)于求導(dǎo)）。正常情況下，經(jīng)過差分處理的數(shù)據(jù)，通常會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)無規(guī)律的形狀，因?yàn)樵肼暿菬o規(guī)律的。
然而對這篇論文的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求差分后，得到的形狀是這樣的（幾乎全部呈現(xiàn)為 0.16555 的整數(shù)倍）：
再去掉差分后，數(shù)據(jù)形狀與原來相比有了翻天覆地的變化：
盡管作者們表示，這是他們?yōu)榱巳コ尘霸胍暨M(jìn)行的操作，但 Nature 卻認(rèn)為“這種方法并不具有說服力”。
除了 Nature 以外，研發(fā)出第一個(gè)超導(dǎo)氫化物的馬普所實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家 Mikhail Eremets，還嘗試對這次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了復(fù)現(xiàn)。
然而他復(fù)現(xiàn)了 6 次，全部都以失敗告終（也與論文作者不愿意透露材料細(xì)節(jié)有關(guān)，復(fù)現(xiàn)材料的具體占比與論文可能有出入）。
投稿僅 2 個(gè)月就登上 Nature 封面
這篇引起爭議的論文，據(jù)稱發(fā)現(xiàn)了人類第一個(gè)室溫超導(dǎo)體。
這是一種氫-硫-碳組成的材料，在尖對尖鉆石產(chǎn)生的極大壓力下產(chǎn)生 15℃左右的超導(dǎo)現(xiàn)象。
具體來說，論文將兩種氫化物混合在一起，然后在超高壓下讓整個(gè)混合物重新組合。
他們選擇了硫化氫（一種臭雞蛋氣味氣體）和甲烷（天然氣主要成分），將這兩種物質(zhì)與鉑電極一起放在金剛石砧中。
金剛石砧是兩個(gè)“尖對尖”金剛石，在二者之間可以產(chǎn)生巨大的壓力，可以達(dá)到幾百萬個(gè)大氣壓，當(dāng)壓力超過 4 萬個(gè)大氣壓時(shí)，研究人員用綠色激光照射數(shù)小時(shí)，破壞硫-硫鍵，從而形成硫-氫化合物。
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力到達(dá)到 267 萬個(gè)大氣壓時(shí)，只需把樣品降低至 15°C，就能看到電阻消失，這也是材料進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的另一個(gè)重要證據(jù)（還有一個(gè)是磁化率）。
這篇論文發(fā)出來后，當(dāng)時(shí)在學(xué)術(shù)界引起了巨大轟動(dòng)。
要知道，低溫條件一直是限制超導(dǎo)體應(yīng)用的巨大阻礙。
直到 1987 年，美籍華裔物理學(xué)家朱經(jīng)武發(fā)現(xiàn)了液氮（77K，約-196℃）溫區(qū)的“高溫超導(dǎo)體”釔鋇銅氧，超導(dǎo)體才開始被廣泛應(yīng)用于磁懸浮、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、核磁共振成像、手機(jī)信號(hào)基站等領(lǐng)域。
不過無需額外冷卻的室溫超導(dǎo)體，一直是科學(xué)家們的終極追求。（注意在超導(dǎo)中，室溫比“高溫”的溫度要高）
所以盡管這種新材料需要極高壓條件實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)（大約是地球核心的 75%）、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值有限，卻仍然是超導(dǎo)界的“里程碑事件”。
論文一經(jīng)投出，就被 Nature 接收，僅 2 個(gè)月后直接刊登上封面。
研究成果還入選了 2020 年《物理世界》十大突破事件、2020 年 Science 十大突破事件。
截至被撤稿前，它的被引用次數(shù)已經(jīng)有 365 次。
憑借該研究，論文作者們（來自羅切斯特大學(xué)、英特爾公司和內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校）也拿到了很多重磅獎(jiǎng)項(xiàng)，又以兩位通訊作者為代表。
通訊作者之一蘭加?迪亞斯 （Ranga P.Dias），是羅切斯特大學(xué)物理系助理教授。憑借室溫超導(dǎo)體，他被《時(shí)代》雜志評選為全球 100 位最具影響力創(chuàng)新者、獲得美國國家科學(xué)基金會(huì)頒發(fā)的 CAREER 獎(jiǎng)。
通訊作者之二阿什坎?薩拉瑪特 （Ashkan Salamat），內(nèi)達(dá)華大學(xué)拉斯維加斯分校助理教授。從他的主頁來看，近兩年大部分學(xué)術(shù)新聞報(bào)道，都集中在這篇室溫超導(dǎo)論文上。
值得一提的是，迪亞斯和薩拉瑪特已經(jīng)為此成立公司，基于現(xiàn)有研究成果來開發(fā)商用室溫超導(dǎo)體。
然而，發(fā)出后不到 2 個(gè)月，這篇論文就陷入了造假輿論風(fēng)波，隨著時(shí)間推移非但沒有解除，反而引來了更多學(xué)界人士的質(zhì)疑。
發(fā)表兩年?duì)幾h不斷
如果淺看一下這篇論文的主頁，會(huì)發(fā)現(xiàn)它早在發(fā)布兩個(gè)月后，就更新過一次內(nèi)容。
然而，隨著更多細(xì)節(jié)被披露，論文的爭議聲卻越來越大。2021 年 8 月 25 日，核心爭議點(diǎn)出現(xiàn)：關(guān)于磁化率數(shù)據(jù)的問題。
在這樣的聲浪下，Nature 的論文主頁上接連出現(xiàn)了“三連警告”，并正式于今年 9 月 26 日撤稿論文。
這中間究竟發(fā)生了什么？
最先站出來質(zhì)疑的核心人物，是一位名叫豪爾赫?赫西 （Jorge Hirsch）的加州大學(xué)圣迭戈分校理論物理學(xué)家。
學(xué)術(shù)圈衡量學(xué)者影響力的重要指標(biāo) h 指數(shù)，就是他提出來的。
論文發(fā)表后，赫西第一時(shí)間向團(tuán)隊(duì)申請查看原始數(shù)據(jù)，但一再遭到拒絕。
對此通訊作者迪亞斯表示，當(dāng)時(shí)研究成果正在申請專利，律師要求數(shù)據(jù)暫時(shí)保密。
這并未讓赫西停下質(zhì)疑的腳步。
2021 年，赫西針對這種超導(dǎo)體的完全抗磁性、磁化率等問題提出質(zhì)疑，將自己的觀點(diǎn)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)的過程、中間遇到了哪些阻礙都寫成論文發(fā)表在 arXiv、Physica C 上，很快引起軒然大波。
此時(shí)，一直沒有正面回應(yīng)質(zhì)疑的迪亞斯團(tuán)隊(duì)，終于在 2021 年 11 月于 arXiv 上發(fā)表了論文的原始數(shù)據(jù)和背景信號(hào)處理方法（這些內(nèi)容此前在論文及補(bǔ)充材料中都沒有解釋）。
BUT，研究團(tuán)隊(duì)遭受的質(zhì)疑卻更多了。
一方面是研究態(tài)度上，康奈爾大學(xué)量子材料物理學(xué)家 Brad Ramshaw 就表示，這意味該研究從原始數(shù)據(jù)到公開數(shù)據(jù)的過程，都非常不透明。
另一方面是公開的數(shù)據(jù)本身，赫西在 arXiv 上又發(fā)表了幾篇文章，聲稱迪亞斯團(tuán)隊(duì)用多項(xiàng)式曲線擬合數(shù)據(jù)“是一種捏造”。
由于言辭過于激烈，題目直指室溫超導(dǎo)體或是一場科學(xué)騙局，以至于 arXiv、Physica C 接連刪除了相關(guān)文章，他也因此被 arXiv 禁言，今年 2 月起暫時(shí)無法發(fā)表文章。
他還向羅切斯特大學(xué)投訴迪亞斯團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)不端，但學(xué)校表示兩次調(diào)查中都沒有發(fā)現(xiàn)證據(jù)。
就在這個(gè)節(jié)骨眼上，事情迎來了關(guān)鍵轉(zhuǎn)折，日內(nèi)瓦大學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)家 Dirk van der Marel 也出手了。
他和赫西一起發(fā)布了新文章，再次強(qiáng)調(diào)室溫超導(dǎo)體論文中的一些數(shù)據(jù)是經(jīng)過人為處理的。
文章發(fā)出不久，便傳來 Nature 撤稿處理的消息，Van der Marel 表示這讓他感到鼓舞：
很高興，不只是我們覺得它有問題。
（當(dāng)然，赫西覺得僅僅撤稿還不夠，因?yàn)檫@根本不能體現(xiàn)迪亞斯團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)不端的事實(shí)）
與兩位“打假人”相反，研究團(tuán)隊(duì)卻根本不認(rèn)為自己的成果是有問題的。
通訊作者之一迪亞斯表示，他們計(jì)劃在不刪減任何背景信息的情況下，將論文重新提交給 Nature。
通訊作者之二薩拉瑪特則指出，撤稿的關(guān)鍵因素在于磁化率數(shù)據(jù)的問題，但零電阻數(shù)據(jù)是沒問題的，它才是判斷高壓領(lǐng)域超導(dǎo)成果的主要證據(jù)。他還補(bǔ)充稱，赫西和 Van der Marel 都不是高壓物理學(xué)家：
我認(rèn)為他們的一些行為已經(jīng)上升到了人身攻擊，我們不會(huì)讓別人給自己潑臟水的。
薩拉瑪特還放話，歡迎大家來他們實(shí)驗(yàn)室觀摩室溫超導(dǎo)體的研究方法，在 7 月份他們剛剛發(fā)布了一個(gè)復(fù)刻版。
（但這項(xiàng)成果的獨(dú)立性也遭到了質(zhì)疑，因?yàn)樾鲁晒淖髡吆痛饲?Nature 論文作者團(tuán)隊(duì)高度重合……）
One More Thing
常溫超導(dǎo)體的通訊作者迪亞斯，也是首個(gè)金屬氫成果的第一作者。
此前有研究認(rèn)為，金屬氫很可能是室溫超導(dǎo)體材料之一，但這種材料必須在極端高壓下合成。
2017 年，Science 報(bào)道了來自哈佛大學(xué)艾薩克?席維拉團(tuán)隊(duì)的成果，迪亞斯是團(tuán)隊(duì)成員之一。
實(shí)驗(yàn)室將氫氣樣本冷卻到了略高于絕對零度的溫度，還是在極高壓條件下，用金剛石對氫氣進(jìn)行壓縮，成功獲得了一小塊金屬氫，這塊金屬氫樣本被保存在兩塊微小的金剛石之間。
然而，論文發(fā)表后，實(shí)驗(yàn)室卻稱由于操作失誤，該金屬氫樣本已損毀或消失。
因此也有不少學(xué)者懷疑這塊金屬氫是否真的存在過。
參考鏈接：
[1]https://www.science.org/content/article/something-seriously-wrong-room-temperature-superconductivity-study-retracted
[2]https://news.ycombinator.com/item?id=32993556
[3]https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z
[4]https://mp.weixin.qq.com/s/TJQ1WCM2vsKeAx2k20FA7g
[5]https://arxiv.org/pdf/2201.07686.pdf
[6]https://www.science.org/content/article/breakthrough-or-bust-claim-room-temperature-superconductivity-draws-fire
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