为什么超导研究饱受争议?

一位材料科学家揭示了围绕高温超导体研究(如LK-99)的炒作

A magnet levitates atop a superconductor.

高温超导是物理学的圣杯之一。它似乎也吸引着持续不断的争议,最近出现了一连串被撤回的论文和未经证实的挑衅性说法。

超导性是物理学家用来描述一种不寻常现象的名称,在这种现象中,材料能够以零电阻导电。虽然这种效应已经为人所知一个多世纪,但迄今为止,超导性仅在极低的温度下被发现。在少数情况下,当在接近南极冬季的温暖程度下实现超导时,它需要令人难以置信的高压,堪比地球核心深处的压力。

风险是巨大的:如果超导体在接近室温的任何温度下工作,它可能会带来从磁悬浮列车和改进的MRI扫描仪到更好的储能设备和更高效的通用电子产品的一切。也许正是因为这种潜力,该领域催生了大量的炒作,往往伴随着失望。


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2023年7月,韩国科学家声称发现了一种名为LK-99的室温超导体;然而,其他科学家未能复现该团队的结果。Undark也报道了一项关于罗切斯特大学物理学家兰加·迪亚斯(Ranga Dias)工作的持续争议,他的三篇论文在过去两年内被撤回——两篇在《自然》杂志上,一篇在《物理评论快报》上。(这三篇论文中有两篇涉及超导性。8月,《纽约时报》报道迪亚斯正在接受其大学的调查。)

即便如此,围绕着被称为超氢化物的材料——富含氢的材料,似乎允许在较高温度下实现超导性,尽管是在巨大的压力下——的兴奋仍在继续,这就是为什么像伊娃·祖雷克这样的研究人员,她是布法罗大学化学系的一位计算材料科学家,仍然对它们着迷。

我们的采访是通过Zoom和电子邮件进行的,并为了篇幅和清晰度进行了编辑。

UD:您是否觉得部分原因是因为风险如此之高,以至于我们看到似乎不成比例的争端和争议围绕着超导性?

EZ:因为超导性的风险如此之高,人们会想要重复实验,因此,错误更有可能被揭示出来。如果科学的风险不高,人们就不太可能重复它,也不太有兴趣确保结果是正确的。

UD:如果科学家在公开他们的方法和数据以供审查方面更加开放,是否可以避免一些争议?

EZ:我认为存在争议有几个原因。首先,确保您报告的是超导体,而不仅仅是具有奇怪属性的金属,在某些情况下可能非常困难。例如,在氢化物的情况下,很难证明它们确实排斥磁场——它们表现出所谓的迈斯纳效应——仅仅是因为在金刚石压砧中进行的实验中有很多磁性材料。因此,在这种情况下,要100%证明你拥有的是超导体,在实验上是困难的。

当然,还有关于报告所有数据并确保研究人员可以访问它的问题。但是,存在关于欺诈的问题,然后存在由于实验限制而无法在给定时间100%正确证明某些事物的问题,这是两个独立的问题。

UD:您能详细说明一下吗?

EZ:在高压实验中,例如迪亚斯所做的那些实验,很难设计实验来测量您想要测量的东西。下一个困难是对实验结果的解释。您测量了某些东西,但它在现实中对应什么?所以是的,科学很难进行,当获得结果时,可能非常难以确定它的含义。

这就是第一性原理计算如此有用的原因之一。它们可以帮助约束实验解释。即使是最诚实和聪明的科学家也可能犯这类错误,并且希望当其他人重复实验并尝试解释结果时,他们将更接近真相。

有意的欺诈是非常不同的事情,不应该发生,也不应该容忍。

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发表的研究方面更加警惕?

EZ:有些期刊显然希望提高其影响因子,并且愿意发表具有更高影响因子的研究。当然,他们声称会经过审查过程。因此,期刊将通过这样说来保护自己。

但我认为这是整个程序。科学家们希望在这些期刊上发表文章。因此,他们想让他们的工作听起来可能比实际更重要——否则他们的工作将不会被某些期刊审阅,甚至不会被这些期刊送去审阅。

然后,如果你想要获得资助,或者如果你想继续你的资助,那么你必须向资助人员表明你正在这些期刊上发表文章——所以这里面涉及一整套机制。我认为,这不仅仅是期刊的问题。它是出版、资助、期刊等等。

UD:争议是否对该领域的声誉造成了损害?您是否担心年轻科学家或资助机构可能会被超导研究吓跑?

EZ:我认为已经有很多媒体关注各种争议。媒体应该意识到的是,也取得了很多成功。因此,例如,我认为米哈伊尔·埃雷梅茨(Mikhail Eremets)关于H3S的工作,该工作在众多实验和理论计算中被证明具有特殊的超导特性——这应该被誉为一项成功。埃雷梅茨和[罗素]·赫姆利(Russell Hemley)在LaH10上的工作

我想说,在高压氢化物中,至少有5到10个例子,我认为现在每个人都会同意它们是超导的。因此,我认为,在某种程度上,令人遗憾的是,一颗坏苹果会让人们对整个领域保持警惕。但是,是的,我确实认为这些争议已经损害了声誉。

UD:您如何看待该领域未来的发展?

EZ:我认为几乎每个人都相信,如果你能制造出室温、常压超导体,那么你注定要赢得诺贝尔奖,并且有可能从许多专利中获利。因此,我认为研究人员有很大的动力继续沿着这条路走下去。

UD:如果从事超导研究的人也拥有专利,或者他们创办了一家初创公司并试图赚钱,这是否可能成为一个问题?或者这只是当今进行此类研究的不可避免的一部分?

EZ:我认为这就是当今研究的进行方式。我在化学系工作,我的许多同事都在从事药物发现工作。他们当然会为他们可能发明的用于治疗癌症或任何其他疾病的药物申请专利。我认为这没有什么不同,除了可能更有利可图。

UD:您和迪亚斯过去曾合作过——考虑到这一点,我想知道他的论文被撤回以及围绕它们的媒体关注对您个人产生了什么影响。它是否影响了您的职业生涯?

EZ:是的,我们都参与了一个资助中心 grant,并通过这个 grant 合作撰写了一篇手稿。我的小组计算了潜在超导氢化物的拉曼光谱,迪亚斯博士获得了这些氢化物的实验数据。他们首先给了我们他们的实验结果,我们计算了可能结构的拉曼光谱,以试图确定他们制造的材料的结构。计算出的拉曼光谱与实验拉曼光谱之间的匹配非常好。

我有终身教职,我每年发表大约15篇论文。而且,我一直忠实地呈现计算结果。因此,我不认为这种情况损害了我的科学声誉。

本文最初发表在Undark。阅读原文

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