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新2足球app(www.hg9988.vip):登上Nature封面的“首个室温超导体”论文,为何突然撤稿?

admin2022-10-155

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本文来自微信公众号:量子位 (ID:QbitAI),作者:明敏、萧箫,原文标题:《Nature封面论文撤稿闹大了,认定首个室温超导体数据存疑!领域大佬尝试复现6次全失败,9位作者集体抗议无效》,头图来自:J. Adam Fenster / University of Rochester


登上Nature封面的“首个室温超导体”重磅论文,突然被撤下了!



什么情况?


要知道,这篇论文当时在学术圈引起了巨大轰动,剑桥大学、马普所等众多知名学者都表示这具有“里程碑”一般的意义。


并被Science评为2020年度十大科学突破之一。


研究发现了人类历史上第一种室温超导体,可以在15℃“高温”下无任何电阻地导电:



室温超导体的发现,不仅加速了超导磁体相关如粒子对撞机、核聚变等研究的进度,还可能真正降低我们平时生活中的电力传输损耗。


但论文公开后,质疑声浪越来越大:最初只是有人探究实验数据的合理性,到后面连实验的真实性也开始被怀疑。一位万引学者尝试复现了实验6次,全部以失败告终。


BUT,更令人意外的是9位作者的态度:


他们一致反对外界的质疑,认为自己的论文是“经过实验和理论验证”的结果。


直到这篇论文被Nature主动撤稿,他们也完全不同意“论文涉嫌操纵数据”这一理由。


所以,这项研究的核心争议点究竟是什么?


证明超导现象的关键数据“存在疑云”


先来看看Nature给出的撤稿理由:


在一些关键的数据处理步骤中,(这篇论文)使用了一种非标准化的、用户自定义的程序。


具体而言,这个程序指的是论文中用来处理原始数据、以生成磁化率图的背景减法(background subtractions,用于处理嘈杂背景信号的方法),处理后的数据呈现在图2a和补充材料图7d中。


但论文却没有针对这种背景减法进行解释,因此数据有效性也受到质疑,我们认为这会削弱外界对磁化率数据的信心。


其中,磁化率是判断材料是否进入超导态的重要依据之一。


(材料进入超导态的两个依据:磁化率在某种条件下突变为-1,具备完全抗磁性;电阻突然消失,具备绝对0电阻。)


简单来说,Nature认为论文作者在处理非常关键的磁化率数据时,采用了一种不寻常的方法,却没有解释为什么要用这个方法。


被质疑的两张图片长这样:


△图2a和图7d


乍一看似乎没什么问题:图2a表示在不同压力的情况下,这种材料在达到不同特定温度时,磁化率均会出现突变,意味着进入了超导态;图7d是其他压力下的磁化率变化。


但如果对部分数据进行简单的处理,就会发现一些奇怪的地方。



例如,对一组实验数据点求差分(difference,前一个数据减去后一个数据,相当于求导)。正常情况下,经过差分处理的数据,通常会呈现出一个无规律的形状,因为噪声是无规律的。


然而对这篇论文的实验数据求差分后,得到的形状是这样的(几乎全部呈现为0.16555的整数倍)


△点的间距非常有规律


再去掉差分后,数据形状与原来相比有了翻天覆地的变化:


△与图a和b相比,看起来完全不一样了


尽管作者们表示,这是他们为了去除背景噪音进行的操作,但Nature却认为“这种方法并不具有说服力”。


除了Nature以外,研发出第一个超导氢化物的马普所实验物理学家Mikhail Eremets,还尝试对这次实验进行复现。


然而他复现了6次,全部都以失败告终(也与论文作者不愿意透露材料细节有关,复现材料的具体占比与论文可能有出入)


投稿仅2个月就登上Nature封面


这篇引起争议的论文,据称发现了人类第一个室温超导体。


这是一种氢-硫-碳组成的材料,在尖对尖钻石产生的极大压力下产生15℃左右的超导现象。


图片来自:罗切斯特大学


具体来说,论文将两种氢化物混合在一起,然后在超高压下让整个混合物重新组合。


他们选择了硫化氢(一种臭鸡蛋气味气体)和甲烷(天然气主要成分),将这两种物质与铂电极一起放在金刚石砧中。


金刚石砧是两个“尖对尖”金刚石,在二者之间可以产生巨大的压力,可以达到几百万个大气压,当压力超过4万个大气压时,研究人员用绿色激光照射数小时,破坏硫-硫键,从而形成硫-氢化合物。


研究发现,当压力到达到267万个大气压时,只需把样品降低至15°C,就能看到电阻消失,这也是材料进入超导态的另一个重要证据(还有一个是磁化率)


这篇论文发出来后,当时在学术界引起了巨大轰动。


要知道,低温条件一直是限制超导体应用的巨大阻碍


直到1987年,美籍华裔物理学家朱经武发现了液氮(77K,约-196℃)温区的“高温超导体”钇钡铜氧,超导体才开始被广泛应用于磁悬浮、超导计算机、核磁共振成像、手机信号基站等领域。


△完全抗磁性可用于磁悬浮


不过无需额外冷却的室温超导体,一直是科学家们的终极追求(注意在超导中,室温比“高温”的温度要高。)


所以尽管这种新材料需要极高压条件实现超导态(大约是地球核心的75%)、实际应用价值有限,却仍然是超导界的“里程碑事件”。


论文一经投出,就被Nature接收,仅2个月后直接刊登上封面。


研究成果还入选了2020年《物理世界》十大科学突破事件、2020年Science十大科学突破事件。


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△图源Science 2020年度十大突破


截至被撤稿前,它的被引用次数已经有365次。



凭借该研究,论文作者们(来自罗切斯特大学、英特尔公司和内华达大学拉斯维加斯分校)也拿到了很多重磅奖项,又以两位通讯作者为代表。


通讯作者之一兰加·迪亚斯 (Ranga P.Dias),是罗切斯特大学物理系助理教授。凭借室温超导体,他被《时代》杂志评选为全球100位最具影响力创新者、获得美国国家科学基金会颁发的CAREER奖。


通讯作者之二阿什坎·萨拉玛特 (Ashkan Salamat),内达华大学拉斯维加斯分校助理教授。从他的主页来看,近两年大部分学术新闻报道,都集中在这篇室温超导论文上。


值得一提的是,迪亚斯和萨拉玛特已经为此成立公司,基于现有研究成果来开发商用室温超导体。


然而,发出后不到2个月,这篇论文就陷入了造假舆论风波,随着时间推移非但没有解除,反而引来了更多学界人士的质疑。


发表两年争议不断


如果浅看一下这篇论文的主页,会发现它早在发布两个月后,就更新过一次内容。



然而,随着更多细节被披露,论文的争议声却越来越大。2021年8月25日,核心争议点出现:关于磁化率数据的问题。



在这样的声浪下,Nature的论文主页上接连出现了“三连警告”,并正式于今年9月26日撤稿论文。



这中间究竟发生了什么?


最先站出来质疑的核心人物,是一位名叫豪尔赫·赫西 (Jorge Hirsch)的加州大学圣迭戈分校理论物理学家。


学术圈衡量学者影响力的重要指标h指数,就是他提出来的。



论文发表后,赫西第一时间向团队申请查看原始数据,但一再遭到拒绝。


对此通讯作者迪亚斯表示,当时研究成果正在申请专利,律师要求数据暂时保密。


这并未让赫西停下质疑的脚步。


2021年,赫西针对这种超导体的完全抗磁性、磁化率等问题提出质疑,将自己的观点、验证数据的过程、中间遇到了哪些阻碍都写成论文发表在arXiv、Physica C上,很快引起轩然大波。



此时,一直没有正面回应质疑的迪亚斯团队,终于在2021年11月于arXiv上发表了论文的原始数据和背景信号处理方法(这些内容此前在论文及补充材料中都没有解释)


BUT,研究团队遭受的质疑却更多了。


一方面是研究态度上,康奈尔大学量子材料物理学家Brad Ramshaw就表示,这意味该研究从原始数据到公开数据的过程,都非常不透明。


另一方面是公开的数据本身,赫西在arXiv上又发表了几篇文章,声称迪亚斯团队用多项式曲线拟合数据“是一种捏造”。


由于言辞过于激烈,题目直指室温超导体或是一场科学骗局,以至于arXiv、Physica C接连删除了相关文章,他也因此被arXiv禁言,今年2月起暂时无法发表文章。


他还向罗切斯特大学投诉迪亚斯团队学术不端,但学校表示两次调查中都没有发现证据。


就在这个节骨眼上,事情迎来了关键转折,日内瓦大学凝聚态物理学家Dirk van der Marel也出手了。


他和赫西一起发布了新文章,再次强调室温超导体论文中的一些数据是经过人为处理的。



文章发出不久,便传来Nature撤稿处理的消息,Van der Marel表示这让他感到鼓舞:


很高兴,不只是我们觉得它有问题。


(当然,赫西觉得仅仅撤稿还不够,因为这根本不能体现迪亚斯团队学术不端的事实。)


与两位“打假人”相反,研究团队却根本不认为自己的成果是有问题的。


通讯作者之一迪亚斯表示,他们计划在不删减任何背景信息的情况下,将论文重新提交给Nature。


通讯作者之二萨拉玛特则指出,撤稿的关键因素在于磁化率数据的问题,但零电阻数据是没问题的,它才是判断高压领域超导成果的主要证据。他还补充称,赫西和Van der Marel都不是高压物理学家:


我认为他们的一些行为已经上升到了人身攻击,我们不会让别人给自己泼脏水的。


萨拉玛特还放话,欢迎大家来他们实验室观摩室温超导体的研究方法,在7月份他们刚刚发布了一个复刻版。


(但这项成果的独立性也遭到了质疑,因为新成果的作者和此前Nature论文作者团队高度重合……)


One More Thing


常温超导体的通讯作者迪亚斯,也是首个金属氢成果的第一作者。



此前有研究认为,金属氢很可能是室温超导体材料之一,但这种材料必须在极端高压下合成。


2017年,Science报道了来自哈佛大学艾萨克·席维拉团队的成果,迪亚斯是团队成员之一。


实验室将氢气样本冷却到了略高于绝对零度的温度,还是在极高压条件下,用金刚石对氢气进行压缩,成功获得了一小块金属氢,这块金属氢样本被保存在两块微小的金刚石之间。


然而,论文发表后,实验室却称由于操作失误,该金属氢样本已损毁或消失。


因此也有不少学者怀疑这块金属氢是否真的存在过。


参考链接:

[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


本文来自微信公众号:量子位 (ID:QbitAI),作者:明敏、萧箫

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