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美室温超导作者被坐实造假,但室温超导技术研发并未停止

Simon观察 来源:电子发烧友 作者:黄山明 2024-04-09 00:11 次阅读
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室温超导技术,可以让物体在接近或等于常温常压的条件下实现超导电性,意味着材料能够在没有电阻的状态下传输电流,也意味着一旦实现这一技术,将彻底改变电力工程、交通运输、信息技术和科学仪器等多个领域,因此室温超导技术也被冠以“凝聚态物理学的圣杯”,备受瞩目。

而在去年,美国罗切斯特大学兰加·迪亚斯(Ranga Dias)研究谈对宣称,已经实现了科学界追求多年的室温超导。然而,这场轰动学术界的发现,如今却被坐实存在实验数据伪造、抄袭等多项学术不端行为。

迪亚斯的“trick

1911年,荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯(Heike Kamerlingh Onnes)在实验中发现,当汞的温度降至4.2K(-268.9℃)时,其电阻突然将为零,这是超导现象的首次出现。

到了1950年,金兹堡-朗道理论被提出,这一理论不仅是朗道对称破缺思想最伟大的应用,也开创了物理学中有效场论方法应用的先河。1957年,John Bardeen、Leon Cooper和John Schrieffer提出了由他们三人首字母组成的BCS理论,解释了超导现象的微观机制,为超导体的研究奠定了理论基础。

基于这一理论,科学家McMillan提出,超导转变温度可能存在上限,一般认为不会超过40K。这就是历史上著名的麦克米兰极限。

理论奠定之后,便是水磨工夫,因为想要使材料具备超导特性,需要极低温度,这导致超导材料并不具备普遍特性,即便生产出来,使用成本也非常昂贵。因此,在常温常压下也能让材料展示出超导特性,也就是室温超导,成为超导技术普遍化必须迈过的门槛。

时间来到2023年,美国罗切斯特大学的迪亚斯和韩国研究团队都宣称自己发现了“室温超导”,险些让这一年成为室温超导元年。但很快,科学家们发现韩国团队所推出的室温超导材料LK-99在各实验室中复现的结果并不一致。

与此同时,韩国超导学会也成立了“LK-99验证委员会”来检验这一成果的真实性。根据两篇论文中提供的数据和已发布的视频,韩国超导学会宣布LK-99不能被称为室温超导体。

迪亚斯的室温超导论文则更为神奇,其内容无法复现,受到了科学界的广泛质疑。随后迪亚斯发表的室温超导研究论文先后两次被《自然》撤回,其他两篇论文也遭到了撤回。

为此美国学术研究的主要资助者国家科学基金会(NSF)针对这一事件开始展开调查,调查时间长达十个月,于今年2月8日结束。迪亚斯所处的罗切斯特大学聘用的调查小组审查了针对迪亚斯的16项指控,并得出结论称,其每一项指控均有可能存在学术不端行为。而早在2021-2022年见,罗切斯特大学便已经进行了三次针对迪亚斯超导体研究学术不端行为的调查,但均未发现确凿证据。

除了数据造假以外,迪亚斯还被指控存在抄袭行为。目前,罗切斯特大学正打算于2024-2025学年末到期之前解雇迪亚斯。至此,这轮备受关注的室温超导终究以一场闹剧落下了帷幕,但室温超导技术的发展并未停止。

持续推进的室温超导

什么才算是真正的室温超导呢?科学界所认定的室温超导,即在温度为300K,能同时出现绝对零电阻和完全抗磁性的材料。不过目前为止,还没有任何一个研究团队能够做出来常压室温超导体,哪怕高压的室温超导体也没有做出来。

但这并不意味着超导技术在这么多年的发展中并没有进步,科学界正在向着室温超导的方向逼近。

1987年美国华裔科学家朱经武与中国台湾物理学家吴茂昆以及大陆科学家赵忠贤相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上,突破了液氮的“温度壁垒(77K)”。

2008年,日本科学家发现了铁基超导材料,其最高临界温度超过了麦克米兰极限。同年,赵忠贤院士带领团队将铁基超导体的临界温度提高到了55K,推动中国高温超导研究走在了世界最前沿,并一直保持到现在。

2012 年,清华大学的薛其坤及其合作者发现生长在SrTiO3衬底上的单原子层FeSe具有高于77K的超导临界温度,这也是目前铁基超导体的最高超导临界温度记录。

到2014年,吉林大学教授马琰铭、崔田团队各自通过理论计算预测:硫化氢在160GPa下超导临界温度为80K;硫化氢与氢的复合结构在200GPa下超导临界温度在191K至204K之间。

2015年,德国马普学会化学研究所物理学家Mikhail Eremets团队在高压条件下的硫化氢结构中达到了203K的超导临界温度。2019年,Eremets团队再次在《自然》发文报告了镧-氢化物在170GPa、250K(约-23℃)的超导性,这也是此前高温超导体的最高临界温度纪录。

当然,目前的这些成功还远远称不上室温超导,但相比最开始那无比严苛的条件下才能实现超导特性,如今的材料实现超导特性的条件已经相对“宽容”的多。

值得一提的是,超导材料的探索难度极大,许多人调侃堪比“炼丹”,过去主要结合科学家的经验将各种元素混合在一起,然后再通过各种压力和温度条件下测试该材料是否超导,因此效率极低。

但如今,国内的科研机构已经开始借助超级计算机建立起庞大的数据库,并利用AI进行数字模拟测试,极大地提升了实验效率。并且不同科学家所做的实验,都可以进入到一个数据库中,进而能训练处一套可靠的预测系统。并通过计算或实验测量一个新材料的基本性能参数之后,能够更加高效地判断这款材料在室温超导上的潜力。

不过室温超导仍然是一个极具挑战性的科学问题,好消息是,目前中国在超导基础研究方面已经走在了世界前列,并伴随着国内AI大模型、超算、材料基因组等新技术,加速推动超导的研究。

写在最后

迪亚斯的室温超导最终还是以一场闹剧收官,但超导技术所引起的社会热议还是值得关注。证明人们依然在期待这项基础科研的进度,以及渴望这项技术突破后所带来的科技发展。这种热度,也将有助于科学的持续进步。

不过需要说明的是,即便室温超导技术得以实现,也无法立刻改变我们的社会。就好像牛顿发现了万有引力,爱因斯坦提出了相对论与质能方程,图灵奠定了AI的基础一样,这些技术的突破,还需要时间来实现。

美室温超导作者被坐实造假,但室温超导技术研发并未停止

室温超导技术,可以让物体在接近或等于常温常压的条件下实现超导电性,意味着材料能够在没有电阻的状态下传输电流,也意味着一旦实现这一技术,将彻底改变电力工程、交通运输、信息技术和科学仪器等多个领域,因此室温超导技术也被冠以“凝聚态物理学的圣杯”,备受瞩目。

而在去年,美国罗切斯特大学兰加·迪亚斯(Ranga Dias)研究谈对宣称,已经实现了科学界追求多年的室温超导。然而,这场轰动学术界的发现,如今却被坐实存在实验数据伪造、抄袭等多项学术不端行为。

迪亚斯的“trick

1911年,荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯(Heike Kamerlingh Onnes)在实验中发现,当汞的温度降至4.2K(-268.9℃)时,其电阻突然将为零,这是超导现象的首次出现。

到了1950年,金兹堡-朗道理论被提出,这一理论不仅是朗道对称破缺思想最伟大的应用,也开创了物理学中有效场论方法应用的先河。1957年,John Bardeen、Leon Cooper和John Schrieffer提出了由他们三人首字母组成的BCS理论,解释了超导现象的微观机制,为超导体的研究奠定了理论基础。

基于这一理论,科学家McMillan提出,超导转变温度可能存在上限,一般认为不会超过40K。这就是历史上著名的麦克米兰极限。

理论奠定之后,便是水磨工夫,因为想要使材料具备超导特性,需要极低温度,这导致超导材料并不具备普遍特性,即便生产出来,使用成本也非常昂贵。因此,在常温常压下也能让材料展示出超导特性,也就是室温超导,成为超导技术普遍化必须迈过的门槛。

时间来到2023年,美国罗切斯特大学的迪亚斯和韩国研究团队都宣称自己发现了“室温超导”,险些让这一年成为室温超导元年。但很快,科学家们发现韩国团队所推出的室温超导材料LK-99在各实验室中复现的结果并不一致。

与此同时,韩国超导学会也成立了“LK-99验证委员会”来检验这一成果的真实性。根据两篇论文中提供的数据和已发布的视频,韩国超导学会宣布LK-99不能被称为室温超导体。

迪亚斯的室温超导论文则更为神奇,其内容无法复现,受到了科学界的广泛质疑。随后迪亚斯发表的室温超导研究论文先后两次被《自然》撤回,其他两篇论文也遭到了撤回。

为此美国学术研究的主要资助者国家科学基金会(NSF)针对这一事件开始展开调查,调查时间长达十个月,于今年2月8日结束。迪亚斯所处的罗切斯特大学聘用的调查小组审查了针对迪亚斯的16项指控,并得出结论称,其每一项指控均有可能存在学术不端行为。而早在2021-2022年见,罗切斯特大学便已经进行了三次针对迪亚斯超导体研究学术不端行为的调查,但均未发现确凿证据。

除了数据造假以外,迪亚斯还被指控存在抄袭行为。目前,罗切斯特大学正打算于2024-2025学年末到期之前解雇迪亚斯。至此,这轮备受关注的室温超导终究以一场闹剧落下了帷幕,但室温超导技术的发展并未停止。

持续推进的室温超导

什么才算是真正的室温超导呢?科学界所认定的室温超导,即在温度为300K,能同时出现绝对零电阻和完全抗磁性的材料。不过目前为止,还没有任何一个研究团队能够做出来常压室温超导体,哪怕高压的室温超导体也没有做出来。

但这并不意味着超导技术在这么多年的发展中并没有进步,科学界正在向着室温超导的方向逼近。

1987年美国华裔科学家朱经武与中国台湾物理学家吴茂昆以及大陆科学家赵忠贤相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上,突破了液氮的“温度壁垒(77K)”。

2008年,日本科学家发现了铁基超导材料,其最高临界温度超过了麦克米兰极限。同年,赵忠贤院士带领团队将铁基超导体的临界温度提高到了55K,推动中国高温超导研究走在了世界最前沿,并一直保持到现在。

2012 年,清华大学的薛其坤及其合作者发现生长在SrTiO3衬底上的单原子层FeSe具有高于77K的超导临界温度,这也是目前铁基超导体的最高超导临界温度记录。

到2014年,吉林大学教授马琰铭、崔田团队各自通过理论计算预测:硫化氢在160GPa下超导临界温度为80K;硫化氢与氢的复合结构在200GPa下超导临界温度在191K至204K之间。

2015年,德国马普学会化学研究所物理学家Mikhail Eremets团队在高压条件下的硫化氢结构中达到了203K的超导临界温度。2019年,Eremets团队再次在《自然》发文报告了镧-氢化物在170GPa、250K(约-23℃)的超导性,这也是此前高温超导体的最高临界温度纪录。

当然,目前的这些成功还远远称不上室温超导,但相比最开始那无比严苛的条件下才能实现超导特性,如今的材料实现超导特性的条件已经相对“宽容”的多。

值得一提的是,超导材料的探索难度极大,许多人调侃堪比“炼丹”,过去主要结合科学家的经验将各种元素混合在一起,然后再通过各种压力和温度条件下测试该材料是否超导,因此效率极低。

但如今,国内的科研机构已经开始借助超级计算机建立起庞大的数据库,并利用AI进行数字模拟测试,极大地提升了实验效率。并且不同科学家所做的实验,都可以进入到一个数据库中,进而能训练处一套可靠的预测系统。并通过计算或实验测量一个新材料的基本性能参数之后,能够更加高效地判断这款材料在室温超导上的潜力。

不过室温超导仍然是一个极具挑战性的科学问题,好消息是,目前中国在超导基础研究方面已经走在了世界前列,并伴随着国内AI大模型、超算、材料基因组等新技术,加速推动超导的研究。

写在最后

迪亚斯的室温超导最终还是以一场闹剧收官,但超导技术所引起的社会热议还是值得关注。证明人们依然在期待这项基础科研的进度,以及渴望这项技术突破后所带来的科技发展。这种热度,也将有助于科学的持续进步。

不过需要说明的是,即便室温超导技术得以实现,也无法立刻改变我们的社会。就好像牛顿发现了万有引力,爱因斯坦提出了相对论与质能方程,图灵奠定了AI的基础一样,这些技术的突破,还需要时间来实现。

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