登上Nature封面的“首个室温超导体”论文，为何突然撤稿？

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。

△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