超導(dǎo)現(xiàn)象  圖片來(lái)源：Wikimedia Commons

    7 月 23 日，論文預(yù)印平臺(tái) arXiv 上出現(xiàn)了一項(xiàng)幾乎可以震驚整個(gè)物理學(xué)界的發(fā)現(xiàn)：兩名印度學(xué)者聲稱，他們將金和銀的混合材料制備成納米顆粒，構(gòu)建出了世界上第一個(gè)室溫超導(dǎo)體。在這份 13 頁(yè)的論文中，作者對(duì)這一新材料進(jìn)行了電阻和抗磁性測(cè)量，并表示這種材料經(jīng)過(guò)改良后可以在高達(dá) 46.85℃ 的環(huán)境下進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)。

    如果這項(xiàng)未經(jīng)任何同行評(píng)議的研究結(jié)果是真的，那它無(wú)疑會(huì)掀起一場(chǎng)翻天覆地的科技變革。室溫超導(dǎo)一直被眾多物理學(xué)家奉為這個(gè)領(lǐng)域的“圣杯”，因?yàn)榇蠖鄶?shù)超導(dǎo)體只有被冷卻到絕對(duì)零度（-273.15℃）左右才能進(jìn)入電阻值可以忽略不計(jì)的超導(dǎo)狀態(tài)。就算是目前被認(rèn)為“最溫暖”的超導(dǎo)體——超高壓下的硫化氫——也只能在 -70℃ 的溫度下達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)。“室溫超導(dǎo)體不僅會(huì)改變物理學(xué)，還會(huì)改變我們現(xiàn)實(shí)生活中的許多方面，”麻省理工學(xué)院（MIT）的物理學(xué)家布萊恩·斯金納（Brian Skinner）如此評(píng)論，“這意味著你可以毫無(wú)損耗地傳輸電力。”這不僅僅能為其發(fā)現(xiàn)者贏得諾貝爾獎(jiǎng)，它還將徹底改造我們的電力基礎(chǔ)設(shè)施。

在目前已知的超導(dǎo)體中，硫化氫（右上角）進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)的臨界溫度是最高的。 圖片來(lái)源：Wikipedia

    這篇可以稱得上是“顛覆性成果”的常溫超導(dǎo)論文一在 arXiv 上出現(xiàn)就吸引了諸多同行學(xué)者們的目光。然而在隨后的 20 多天里，人們發(fā)現(xiàn)它帶來(lái)的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止興奮和激動(dòng)，還有批評(píng)、質(zhì)疑和鬧劇。

    重大突破還是標(biāo)題黨？

    這篇題為《納米結(jié)構(gòu)在室溫常壓下達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)的證據(jù)》（Evidence for Superconductivity at Ambient Temperature and Pressure in Nanostructures）的論文，其作者 Dev Kumar Thapa 和 Anshu Pandey 都來(lái)自印度科學(xué)院的固態(tài)結(jié)構(gòu)化學(xué)研究室（Solid State and Structural Chemistry Unit， Indian Institute of Science），通訊作者 Pandey 是一作 Thapa 的博士導(dǎo)師。在論文中，他們將極小的銀微粒嵌入到了金的網(wǎng)格中，并將這種混合物制備成了納米顆粒，進(jìn)而制成薄片附在電極上面，以便測(cè)量其電阻。

    作者在論文中表示，在測(cè)試過(guò)程中，他們將溫度降低到 236K （-37.15℃）時(shí)，這種材料的電阻降到了 100 毫歐以下。報(bào)告中說(shuō)由于儀器精度的限制，他們推測(cè)實(shí)際的測(cè)量值可能還要更低。這意味著這種狀態(tài)下該樣品的電阻可能小于 0.1 納歐，比普通金銀的電阻整整低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

該金銀混合材料在臨界溫度時(shí)的電磁特性（電阻值與體積磁化率）。

圖片來(lái)源：https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1807/1807.08572.pdf

    完全抗磁性是材料進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)的一個(gè)重要特征，在這方面，論文作者測(cè)量了材料的體積磁化率隨溫度的變化。發(fā)現(xiàn)它在 236K 時(shí)從 0 降到了-0.06。這個(gè)值距離理想超導(dǎo)體的 -1 還差得很遠(yuǎn)，但是研究人員給出了一個(gè)解釋理由：他們制備的金銀混合材料的純度不夠。這個(gè)數(shù)值意味著最多只有 6% 的樣品體積達(dá)到了超導(dǎo)狀態(tài)。

    有專家認(rèn)為“這個(gè)實(shí)驗(yàn)很有說(shuō)服力”：印度數(shù)學(xué)科學(xué)研究所的理論物理學(xué)家甘納西·巴斯卡蘭（Ganapathy Baskaran）認(rèn)為，“對(duì)于顆粒超導(dǎo)來(lái)說(shuō)，材料中有 10% 的體積達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)可以說(shuō)是不低了。”

    然而，236K（-37.15℃）與論文標(biāo)題中的“室溫”仍然存在天壤之別，作者們?cè)谡撐闹袃H僅提出了達(dá)到室溫的一種可能性：降低材料中金的比例。作者聲稱在他們的另一項(xiàng)研究中，一塊含有較少金成份的樣品在溫度降到 320K（46.85°C）時(shí)，其電阻驟降了三個(gè)數(shù)量級(jí)——這顯然是個(gè)比正常室溫還要高的溫度。該樣品的體積磁化率為 -0.037，也屬于完全抗磁的范疇。

    巴斯卡蘭非常看好這項(xiàng)研究，他認(rèn)為這一新發(fā)現(xiàn)與他已經(jīng)研究了幾十年的想法密切相關(guān)。雖然金銀單獨(dú)來(lái)看并不是超導(dǎo)體，但巴斯卡蘭根據(jù)自己之前的研究寫了一份論文，用來(lái)解釋為什么金銀混合材料能夠進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)。在原始報(bào)告發(fā)布兩周后，他也在 arXiv 上公布了這篇論文。“我的好朋友認(rèn)為我的論文是倉(cāng)促之作，”巴斯卡蘭說(shuō)，“我完全同意。”顯然，更負(fù)責(zé)任的做法是等待另一家獨(dú)立研究團(tuán)隊(duì)重復(fù)這項(xiàng)室溫超導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)，然后再開(kāi)始為這一現(xiàn)象尋找理論上的解釋。但巴斯卡蘭對(duì)這一發(fā)現(xiàn)感到非常激動(dòng)，完全按捺不住。

    令人生疑的噪音

    其他人則表現(xiàn)得更加懷疑。印度塔塔基礎(chǔ)研究院（Tata Institute of Fundamental Research）的物理學(xué)家普拉塔普·瑞查得符里（Pratap Raychaudhuri）說(shuō)，這篇室溫超導(dǎo)論文在印度莫哈里（Mohali）舉行的物理學(xué)會(huì)議上成功地震驚了幾乎所有參會(huì)學(xué)者。不過(guò)和作者在同一機(jī)構(gòu)工作的研究人員竟然對(duì)此事一無(wú)所知。會(huì)議的組織者安排了一個(gè)特別環(huán)節(jié)來(lái)討論這篇論文，并邀請(qǐng)了論文作者出席，但是遭到了拒絕。大部分參會(huì)者對(duì)此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)抱“謹(jǐn)慎樂(lè)觀和懷疑態(tài)度，”他說(shuō)。

    斯金納也感受到了來(lái)自 MIT 的期待和懷疑。“我和同事們每天吃午飯的時(shí)候一直都在討論這件事，”他說(shuō)，不過(guò)仍有一些人認(rèn)為這項(xiàng)研究“言過(guò)其實(shí)”。

    這篇論文勾起了斯金納的興趣：雖然并不是研究超導(dǎo)的專家，但他詳細(xì)閱讀了這篇論文。他發(fā)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)看起來(lái)是很有說(shuō)服力，但是他無(wú)法訪問(wèn)這篇論文的確切數(shù)據(jù)，所以他用軟件將論文中的圖表轉(zhuǎn)化為了一群數(shù)據(jù)點(diǎn)。他想也許可以通過(guò)研究作者圖表中呈現(xiàn)的噪音信號(hào)找到一些有趣的東西。這是個(gè)常見(jiàn)的做法：理論物理學(xué)家經(jīng)常會(huì)通過(guò)尋找實(shí)驗(yàn)噪聲中的意外模式為新研究汲取靈感。

    有趣的事情發(fā)生了：斯金納發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在一種可疑的模式。在一幅圖中，作者展示了他們的樣品排斥磁場(chǎng)的幾個(gè)測(cè)量值，這是超導(dǎo)體的一個(gè)標(biāo)志性特征。斯金納注意到，兩次獨(dú)立測(cè)量中噪聲信號(hào)的下降和上升幅度一模一樣。這兩次測(cè)量實(shí)驗(yàn)是無(wú)關(guān)的，那么為什么這兩條噪聲曲線如此相似呢？

斯金納發(fā)現(xiàn)，兩次獨(dú)立測(cè)量的數(shù)據(jù)（綠色和藍(lán)色曲線）噪聲信號(hào)模式十分類似。

圖片來(lái)源：https://arxiv.org/pdf/1808.02929.pdf

    這讓他想起了 2000 年初物理學(xué)界發(fā)生的一項(xiàng)著名丑聞。年輕的物理學(xué)家 Jan Hendrik Sch?n 在 Nature、Science 等著名期刊上源源不斷地發(fā)表論文，最“高產(chǎn)”的一年里平均每八天就能有一篇論文見(jiàn)刊——最終他被發(fā)現(xiàn)存在數(shù)據(jù)造假行為。揭露他造假行為的，正是一群無(wú)法重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的研究人員：他們注意到 Sch?n 的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中的噪聲信號(hào)與另一個(gè)毫不相關(guān)的實(shí)驗(yàn)中的噪聲信號(hào)一模一樣。

    曾在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的 Jan Hendrik Schn，制造了物理學(xué)界近 20 年來(lái)最著名的學(xué)術(shù)造假丑聞。圖片來(lái)源：The Telegraph

    斯金納并沒(méi)有判定 Thapa 和 Pandey 編造數(shù)據(jù)，他只是想讓他們解釋一下這種奇怪的、幾乎像是復(fù)制出來(lái)的噪聲信號(hào)。最初他對(duì)是否要公開(kāi)自己的發(fā)現(xiàn)有些猶豫不決，但斯金納還是在與同事討論后在 arXiv 和推特上公開(kāi)了這個(gè)發(fā)現(xiàn)。“我非常謹(jǐn)慎地寫了描述了我的發(fā)現(xiàn)，我的本意是對(duì)事不對(duì)人，”他說(shuō)。

    幾天后，身在印度的瑞查得符里也參與進(jìn)了這場(chǎng)討論。他在 Facebook 上發(fā)布了一個(gè)關(guān)于這種奇怪噪音的潛在解釋：測(cè)試樣品中的金銀混合納米顆粒結(jié)合得過(guò)于松散，可能是造成這種現(xiàn)象的原因之一。

    但是這場(chǎng)來(lái)自學(xué)界內(nèi)部的討論還沒(méi)結(jié)束，瑞查得符里和斯金納都開(kāi)始收到一些來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的“神秘”回應(yīng)。與喬杜里在同一家研究所工作的一位學(xué)界“大佬”通過(guò)電子郵件要求他停止在社交媒體上批評(píng)這項(xiàng)研究的作者。但是瑞查得符里發(fā)現(xiàn)這封電子郵件是冒名頂替者發(fā)給他的，并非出自同事之手。與此同時(shí)，他和斯金納都收到了來(lái)自名為 Wiles Licher 的人的 Facebook 好友請(qǐng)求，這個(gè)名字與偽造的電子郵件有關(guān)。“這里面的水看起來(lái)很深，”瑞查得符里說(shuō)。

    斯金納懷疑假冒的電子郵件可能只是一個(gè)誘餌。他說(shuō)：“事情從學(xué)術(shù)問(wèn)題變成社交問(wèn)題，這讓我感到很不愉快。” 自從他開(kāi)始公開(kāi)對(duì)這篇室溫超導(dǎo)論文的意見(jiàn)后，他的推特粉絲數(shù)增長(zhǎng)了十多倍，并且現(xiàn)在還在增加。為了能正常使用自己的賬號(hào)，斯金納不得不關(guān)閉推特的消息通知。

    “失聲”的作者

    公眾討論仍然缺少一個(gè)重要的聲音，那就是作者本人（通訊作者 Pandey 代表 Thapa 和他本人拒絕就此事發(fā)表評(píng)論）。斯金納表示自己曾經(jīng)私下與作者溝通，作者說(shuō)他們堅(jiān)持這篇論文的觀點(diǎn)。根據(jù)瑞查得符里的說(shuō)法，作者已將論文提交給了 Nature，但 Nature 禁止他們?cè)谡撐陌l(fā)表之前向媒體公布任何信息。

    Nature 并沒(méi)有禁止他們與其他學(xué)者討論這項(xiàng)研究，可是兩位作者拒絕了與學(xué)界同行們的溝通。瑞查得符里呼吁他們回應(yīng)批評(píng)，分享他們的樣品，這樣其他實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家就可以去重復(fù)他們的結(jié)果。“一旦研究人員將學(xué)術(shù)論文公開(kāi)，那他們就有義務(wù)跟進(jìn)并回答任何有關(guān)的問(wèn)題，”他說(shuō)，“任何人都不應(yīng)該選擇沉默。”

    瑞查得符里說(shuō)，對(duì)于 Thapa 和 Pandey 來(lái)說(shuō)，與其他研究人員進(jìn)行交流十分重要，因?yàn)樗麄兊陌l(fā)現(xiàn)具有重大的學(xué)術(shù)意義和潛在的社會(huì)價(jià)值。當(dāng) Sch?n 的學(xué)術(shù)造假行為被發(fā)現(xiàn)時(shí)，他破壞的不僅是自己的聲譽(yù)——他還破壞了那些在他的工作基礎(chǔ)上開(kāi)展研究的同行們的職業(yè)生涯。而這種悲劇有可能會(huì)借著這篇論文再次上演。

    瑞查得符里選擇公開(kāi)發(fā)表自己的意見(jiàn)，是因?yàn)樗X(jué)得讓公眾看到科學(xué)共同體能夠監(jiān)督科學(xué)進(jìn)程、去偽存真，是件十分重要的事。“社會(huì)大眾需要了解科學(xué)家做出新發(fā)現(xiàn)后必須通過(guò)的審查程序，”他說(shuō)。“學(xué)術(shù)圈中的任何成果都不是理所當(dāng)然就能獲得承認(rèn)的。”

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：殷鵬飛

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414