為什麼超導研究飽受爭議?

一位材料科學家揭示了圍繞高溫超導體研究(如LK-99)的炒作

A magnet levitates atop a superconductor.

高溫超導是物理學的聖盃之一。它似乎也吸引著持續不斷的爭議,最近出現了一連串被撤回的論文和未經證實的挑釁性說法。

超導性是物理學家用來描述一種不尋常現象的名稱,在這種現象中,材料能夠以零電阻導電。雖然這種效應已經為人所知一個多世紀,但迄今為止,超導性僅在極低的溫度下被發現。在少數情況下,當在接近南極冬季的溫暖程度下實現超導時,它需要令人難以置信的高壓,堪比地球核心深處的壓力。

風險是巨大的:如果超導體在接近室溫的任何溫度下工作,它可能會帶來從磁懸浮列車和改進的MRI掃描器到更好的儲能裝置和更高效的通用電子產品的一切。也許正是因為這種潛力,該領域催生了大量的炒作,往往伴隨著失望。


支援科學新聞事業

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


2023年7月,韓國科學家聲稱發現了一種名為LK-99的室溫超導體;然而,其他科學家未能復現該團隊的結果。Undark也報道了一項關於羅切斯特大學物理學家蘭加·迪亞斯(Ranga Dias)工作的持續爭議,他的三篇論文在過去兩年內被撤回——兩篇在《自然》雜誌上,一篇在《物理評論快報》上。(這三篇論文中有兩篇涉及超導性。8月,《紐約時報》報道迪亞斯正在接受其大學的調查。)

即便如此,圍繞著被稱為超氫化物的材料——富含氫的材料,似乎允許在較高溫度下實現超導性,儘管是在巨大的壓力下——的興奮仍在繼續,這就是為什麼像伊娃·祖雷克這樣的研究人員,她是布法羅大學化學系的一位計算材料科學家,仍然對它們著迷。

我們的採訪是透過Zoom和電子郵件進行的,併為了篇幅和清晰度進行了編輯。

UD:您是否覺得部分原因是因為風險如此之高,以至於我們看到似乎不成比例的爭端和爭議圍繞著超導性?

EZ:因為超導性的風險如此之高,人們會想要重複實驗,因此,錯誤更有可能被揭示出來。如果科學的風險不高,人們就不太可能重複它,也不太有興趣確保結果是正確的。

UD:如果科學家在公開他們的方法和資料以供審查方面更加開放,是否可以避免一些爭議?

EZ:我認為存在爭議有幾個原因。首先,確保您報告的是超導體,而不僅僅是具有奇怪屬性的金屬,在某些情況下可能非常困難。例如,在氫化物的情況下,很難證明它們確實排斥磁場——它們表現出所謂的邁斯納效應——僅僅是因為在金剛石壓砧中進行的實驗中有很多磁性材料。因此,在這種情況下,要100%證明你擁有的是超導體,在實驗上是困難的。

當然,還有關於報告所有資料並確保研究人員可以訪問它的問題。但是,存在關於欺詐的問題,然後存在由於實驗限制而無法在給定時間100%正確證明某些事物的問題,這是兩個獨立的問題。

UD:您能詳細說明一下嗎?

EZ:在高壓實驗中,例如迪亞斯所做的那些實驗,很難設計實驗來測量您想要測量的東西。下一個困難是對實驗結果的解釋。您測量了某些東西,但它在現實中對應什麼?所以是的,科學很難進行,當獲得結果時,可能非常難以確定它的含義。

這就是第一性原理計算如此有用的原因之一。它們可以幫助約束實驗解釋。即使是最誠實和聰明的科學家也可能犯這類錯誤,並且希望當其他人重複實驗並嘗試解釋結果時,他們將更接近真相。

有意的欺詐是非常不同的事情,不應該發生,也不應該容忍。

UD:期刊本身的角色如何?撤稿是否表明期刊可能需要在接受發表的研究方面更加警惕?

EZ:有些期刊顯然希望提高其影響因子,並且願意發表具有更高影響因子的研究。當然,他們聲稱會經過審查過程。因此,期刊將透過這樣說來保護自己。

但我認為這是整個程式。科學家們希望在這些期刊上發表文章。因此,他們想讓他們的工作聽起來可能比實際更重要——否則他們的工作將不會被某些期刊審閱,甚至不會被這些期刊送去審閱。

然後,如果你想要獲得資助,或者如果你想繼續你的資助,那麼你必須向資助人員表明你正在這些期刊上發表文章——所以這裡面涉及一整套機制。我認為,這不僅僅是期刊的問題。它是出版、資助、期刊等等。

UD:爭議是否對該領域的聲譽造成了損害?您是否擔心年輕科學家或資助機構可能會被超導研究嚇跑?

EZ:我認為已經有很多媒體關注各種爭議。媒體應該意識到的是,也取得了很多成功。因此,例如,我認為米哈伊爾·埃雷梅茨(Mikhail Eremets)關於H3S的工作,該工作在眾多實驗和理論計算中被證明具有特殊的超導特性——這應該被譽為一項成功。埃雷梅茨和[羅素]·赫姆利(Russell Hemley)在LaH10上的工作

我想說,在高壓氫化物中,至少有5到10個例子,我認為現在每個人都會同意它們是超導的。因此,我認為,在某種程度上,令人遺憾的是,一顆壞蘋果會讓人們對整個領域保持警惕。但是,是的,我確實認為這些爭議已經損害了聲譽。

UD:您如何看待該領域未來的發展?

EZ:我認為幾乎每個人都相信,如果你能製造出室溫、常壓超導體,那麼你註定要贏得諾貝爾獎,並且有可能從許多專利中獲利。因此,我認為研究人員有很大的動力繼續沿著這條路走下去。

UD:如果從事超導研究的人也擁有專利,或者他們創辦了一家初創公司並試圖賺錢,這是否可能成為一個問題?或者這只是當今進行此類研究的不可避免的一部分?

EZ:我認為這就是當今研究的進行方式。我在化學系工作,我的許多同事都在從事藥物發現工作。他們當然會為他們可能發明的用於治療癌症或任何其他疾病的藥物申請專利。我認為這沒有什麼不同,除了可能更有利可圖。

UD:您和迪亞斯過去曾合作過——考慮到這一點,我想知道他的論文被撤回以及圍繞它們的媒體關注對您個人產生了什麼影響。它是否影響了您的職業生涯?

EZ:是的,我們都參與了一個資助中心 grant,並透過這個 grant 合作撰寫了一篇手稿。我的小組計算了潛在超導氫化物的拉曼光譜,迪亞斯博士獲得了這些氫化物的實驗資料。他們首先給了我們他們的實驗結果,我們計算了可能結構的拉曼光譜,以試圖確定他們製造的材料的結構。計算出的拉曼光譜與實驗拉曼光譜之間的匹配非常好。

我有終身教職,我每年發表大約15篇論文。而且,我一直忠實地呈現計算結果。因此,我不認為這種情況損害了我的科學聲譽。

本文最初發表在Undark。閱讀原文

© .