南大团队推翻美国室温超导研究成果，证明镥氮氢材料不存在超导性
来源：DeepTech深科技
2023年3月7日，美国罗切斯特大学教授郎加·迪亚斯（RangaDias）在美国物理学年会上宣布发现了近常压的室温超导体，相关论文随后发表在Nature上，引起了领域内的广泛关注。
随后，很多研究人员对这个“轰动”的结果提出质疑。全球多个课题组根据迪亚斯所发表论文提供的实验条件进行了复现，均未能实现室温超导。
在预印版初稿中，闻海虎团队发现从环境压力到6.3Gpa，温度低至10K，镥氮氢材料LuH2±xNy中不存在超导性。这仅对常压或近常压下条件下该材料的性质进行了测试，在最新发表于Nature的论文里，补充了大量的新数据。
结果显示，在高达40.1GPa的压力下和低至2K的温度下，镥氮氢材料LuH2±xNy中都不存在超导电性。这表明该材料不仅非近常压下的室温超导材料，甚至都不具备环境超导性。
最初，闻海虎团队在得知迪亚斯公布的结果后，根据论文中给出的条件，尝试复刻其实验。但研究团队认识到实验方案是不可行的。在65℃下，通过金刚石砧加压至1万个大气压，让镥、氮气、氢气发生反应。
但这个反应在65℃下几乎完全无法实现，除非采用激光加热。于是，闻海虎团队结合自身的条件，采用高温高压反应炉合成镥氮氢材料。X射线衍射的结果显示他们合成的材料为面心立方结构（空间点群为Fmm），与迪亚斯的样品组分几乎一致（稍有差别，在仪器误差范围之内）。
此外，能量色散X射线光电子能谱的表征结果也证明了这个材料中含有氮元素，其分布式不均匀的，平均原子占比在1.2%左右，这与迪亚斯团队的数据相同。
新发表的论文中还补充了拉曼光谱数据，该材料的四个主峰都与迪亚斯所合成样品的一致。他们前后做了30多个样品的实验，并均进行了重复实验以保证数据的准确性。多种实验表征结果显示，两个团队所合成材料的结构一致性，这为后续的验证实验打下了坚实的基础。
论文中的新数据里也包含了更高压力下材料的颜色变化，随着压力从2.1Gpa逐步增加至41GPa，合成的材料颜色由深蓝色变为紫色，再变为粉红色。在所有测试的压力条件下，该材料的电阻随着温度下降而减小，但并未出现零电阻现象，即展现超导性。
实际上，Nature 原本打算将该论文以MatterArisingArgument（冲突的争辩）的形式发表，而不是Researcharticle（研究论文）形式，但闻海虎团队在回复审稿人审稿意见的过程中，补充了大量详实的数据，使文章的内容更为丰富，所以Nature最终决定以研究论文的形式发表。
在审稿过程中，审稿人曾质疑闻海虎团队实验装置的灵敏性。为应对该问题，他们选择了一个已研究多年的铜氧化物超导体[(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O12-d]（转变温度为112K）进行了同样条件的测量。假如实验的LuH2±xNy材料呈超导性，那么它的磁测量信号强度应为一致的。
但是，与真正的超导体相比，LuH2±xNy材料信号要弱约100倍，而且仅呈现一个极微弱的正磁矩信号。从结果来看，温度在100-350K区间时，无相关超导转变的抗磁信号。实验结果有力地支持了闻海虎团队的结论，并得到了审稿人的支持。
与此同时，Nature也将实验数据反馈给了迪亚斯团队，但他们表示是样品不一致导致出现了不同的结果。在此之前，在迪亚斯团队的结果发布两天后，中科院物理所靳长青研究员就曾提出过质疑，并对过氢化镥材料（Lu4H23）进行研究。
根据其实验结果，在218Gpa的压强下，氢化镥的超导转变温度是71K（约-202℃）；如果压强降低到181Gpa，转变温度会降低到65K（约-208℃），其超导转变温度远低于室温。但需要了解的是，他们在这个材料中没有加入氮的成分，因此可以说，不算迪亚斯结果的完全复现。
中科院物理所的程金光研究员在其实验中，主要聚焦在亚斯实验结果中，超导材料颜色变化的方面。
按照迪亚斯的说法，该室温超导材料在不同阶段呈不同变化，即制备初始阶段呈现出“有光泽的蓝色”，在压力增加后变为超导，颜色从蓝色渐渐地变成粉红色，最终转为鲜红色，也就是非超导金属状态。其团队通过氢化镥材料进行复现，他们的关注主要在于材料的颜色转变过程是否有超导现象。
根据其预印本网站arXiv论文，氢化镥在约2.2Gpa时由蓝色转变为粉红色；而在约4Gpa时转变为亮红色，这与迪亚斯的实验结果接近。然而，程金光课题组在实验过程中确认了无超导现象的发生。他们甚至将这种材料一直加压到7.7Gpa，温度降低至1.5K，都没有发现丝毫超导的迹象。
总体来说，根据目前已有的结果，已有诸多证据指出迪亚斯团队的数据存在问题，除非他们能给出令人信服的新数据，但这非常困难。
去伪存真是科学研究中非常重要的一环，科学都是在“发现-否定-再发现”的过程中螺旋前进的。闻海虎团队的研究虽然只是对迪亚斯团队室温近常压超导结果的否定，但其意义仍然十分重要。
目前看来，室温超导研究仍有很长的路要走，闻海虎团队的这项研究也激发了科学家探索含氢化合物作为近常压下室温超导材料的兴趣。
参考资料：
1.Ming,X.,Zhang,YJ.,Zhu,X.etal.Absenceofnear-ambientsuperconductivityinLuH2±xNy.Nature(2023).https://doi.org/10.1038/s41586-023-06162-w
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