“诺奖级”Nature封面论文，撤稿……

2020年10月，美国罗彻斯特大学Ranga Dias和Ashkan Salamat团队在Nature 杂志上发表了一篇轰动一时的成果，^[1]他们声称发现了一种室温超导体，该文也登上了Nature 当期封面（下图）。这种碳和硫的氢化物材料，在270 GPa的极端高压情况下，就能显示出室温（~15 °C）超导性。同一期Nature 杂志评论该项工作是“神奇的材料”，“刷新了室温超导的记录” ^[2]。随后不久，该工作也被Science 杂志选为2020十大“年度突破（Breakthrough of the year）”^[3]（点击阅读详细），坊间也有不少人称其为“诺奖级”工作。

当期封面。图片来源：Nature

不过，从论文发表时开始，这项备受关注的工作一直也都环绕着一些质疑的声音。上文提到的同期Nature 杂志评论中也提到，纽约州立大学的计算化学家Eva Zurek认为，计算机模拟无法解释异常高的超导温度。^[2] 此后更是经历了一系列的修改、数据更新、编辑关注等等事件（下图）。

图片来源：Nature

2022年9月26日，该工作历经两年争议后终于被Nature 撤稿 ^[4]。值得注意的是，这次撤稿，Nature 并没有和该研究的9位作者达成共识——撤稿声明中提到“所有对撤稿发表明确意见的作者都不同意撤稿。”^[4]在此种情况下，Nature 编委会基于该文中存在的“关键数据处理问题”，还是态度果决地撤下了这篇论文。这项轰动一时的“诺奖级”工作，在质疑声中暂时告一段落。

撤稿声明。图片来源：Nature

就在撤稿当天，Science 新闻栏目由资深编辑Eric Hand执笔，深度报道了关于撤稿事件的来龙去脉，并以质疑声音的代表人物、日内瓦大学凝聚态物理学家Dirk van der Marel原话“Something is seriously wrong”作为报道标题的一部分。^[5]

导致这项研究争议最直接的原因是“磁化率”数据及数据处理方法。超导体的一个关键特征是完全抗磁性，即迈斯纳效应，指当材料越过临界温度变成超导体时，对外加磁场的排斥现象。然而，在超高压金刚石砧室中很难测量这种效应。因此，几篇氢化物超导体的研究者都是通过“磁化率”来表征。当然这一信号的测量也存在很大难度，样品尺寸太小，高压环境等都会带来背景信号干扰。“就好比在太阳出来时，试图观察星星”，佛罗里达大学凝聚态物理学家James Hamlin说。^[5]

Dias和Salamat团队在发表论文时，扣除了背景信号，并因此宣称出现了一个敏感性信号峰。然而，他们并没有提供原始数据，也没有提供背景扣除所用方法的具体细节信息。这一遗漏遭到了其他科学家的质疑，认为该团队故意选择了一种“用户自定义”的背景信号。

金刚石砧室产生类似于地心处的超高压力。图片来源：Chemistryworld ^[6]

面对质疑，Salamat回复称，在高压物理学中，依赖用户定义的背景信号是一种常见的习惯，因为背景很难通过实验进行测量。为了回应争议，Dias和Salamat于2021年在arXiv预印本服务器上发布了一篇论文（下图）^[7]，包含了原始数据，旨在回应批评，并解释背景扣除的过程。但是，争议并未因此而停止。“这个解释包含的问题，比回答的问题还要多”，康奈尔大学量子材料物理学家Brad Ramshaw表示，“从原始数据到发布数据的过程也非常不透明”。^[5]

加州大学圣地亚哥分校的理论物理学家Jorge Hirsch则提出了更强烈的批评，“我认为它们是伪造的”。他发现“Dias和Salamat提供的一些原始数据可以用光滑的多项式曲线拟合，这对于噪音较大的实验室测量结果来说，是完全不可能的”。^[5] 他还指出，2009年发表在Physical Review Letters 杂志的一篇高压超导论文，由于磁化率数据存在可疑之处，于去年被撤稿（下图）^[8]。巧的是，论文的第一作者Mathew Debessai也是Nature 这篇论文的作者之一，并主要负责磁化率测量。

事实上，早在2015年，德国马普所的Mikhail Eremets团队就在Nature 上发表论文，报告了第一个超导氢化物（点击阅读详细）^[9]。这种硫和氢的化合物在超高压力下（150 GPa），临界温度203 K（–70 °C）即可实现高温超导。这一“历史性的”结果激起了研究者们广泛的兴趣，甚至被描述为“超导体的圣杯” ^[10]。一些理论科学家认为，在混合物中添加第三种元素，可能使超导的临界条件更接近环境压力或室温。

超导线圈，在几乎没有能量输入的情况下将物体保持在悬浮状态。图片来源：Nature ^[10]

随着对Dias和Salamat工作的质疑声音，Eremets也参与了该争论，他认为该工作可能是正确的，然而，他至少尝试了六次来重复实验，但都失败了。虽然Dias团队已经分享了实验方案，但Eremets表示他们没有透露一些关键细节，比如他们使用的是什么类型的碳。Salamat则表示，欢迎同行来他们的实验室，观察他们的方法和测量，“我们是开放的”。^[5]

另一位批评者，Van der Marel也于近期在arXiv发表评论（下图）^[11]，指出该工作中的数据存在诸多问题，这或许是导致最终Nature 编委会决定撤稿的依据。他对Nature杂志的撤稿决定感到激动，“很高兴自己不是唯一一个认为该项工作存在严重错误的人”。Hirsch甚至更激进地认为“撤稿还不够，我认为这掩盖了作者学术不端行为的证据”。

不过，Dias和Salamat认为，Hirsch和van der Marel都不是高压超导领域的实验科学家，“他们的一些行为已经转变为人身攻击”。“我们对Nature编委会的决定感到困惑和失望”，Salamat说，“撤稿原因并没有质疑电阻的下降，这是任何超导研究中最重要的部分”。Dias也宣称，“我们坚持自己的工作，并已通过实验和理论验证”。^[5]

目前，Dias和Salamat并没有放弃高温超导体研究的脚步，甚至已经共同创建了一家名为Unearthly Materials的公司，以开发商业室温超导体。“我们从2020年就已经开始了该项目”，Dias说。“我们正处于高温超导新时代边缘”，Salamat补充道。在今年夏天会议上，Dias声称发现了具有超导性的新的氢化物材料。不过，他拒绝在这些发现发表之前就其发表评论。^[5]

作为第一个报道超导氢化物材料的团队，Eremets的态度则相对中立，他虽然对Dias的新型超导体能否经得起科学审查表示怀疑，但他相信，耐心的科学研究，会从可疑的结论中筛选出超导氢化物的真正前景，“真相迟早会到来”。^[5]

参考文献：

[1] E. Snider, et al. RETRACTED ARTICLE: Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride. Nature 2020, 586, 373-377. DOI: 10.1038/s41586-020-2801-z

[2] D. Castelvecchi, First room-temperature superconductor excites — and baffles — scientists. Nature, 2020, 586, 349. DOI: 10.1038/d41586-020-02895-0

[3] 2020 BREAKTHROUGH of the YEAR

https://vis.sciencemag.org/breakthrough2020/    

[4] Retraction Note: Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride. Nature, 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-05294-9

[5] ‘Something is seriously wrong’: Room-temperature superconductivity study retracted

https://www.science.org/content/article/something-seriously-wrong-room-temperature-superconductivity-study-retracted   

[6] Room temperature superconductivity finally claimed by mystery material

https://www.chemistryworld.com/news/room-temperature-superconductivity-finally-claimed-by-mystery-material/4012591.article 

[7] R. P. Dias & A. Salamat, Standard Superconductivity in Carbonaceous Sulfur Hydride. arXiv:2111.15017. DOI: 10.48550/arXiv.2111.15017

[8] M. Debessai, et al. Pressure-Induced Superconducting State of Europium Metal at Low Temperatures. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 197002, Retraction Phys. Rev. Lett. 2021, 127, 269902. DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.197002

[9] A. Drozdov, et al. Conventional superconductivity at 203 kelvin at high pressures in the sulfur hydride system. Nature 2015, 525, 73-76. DOI: 10.1038/nature14964

[10] E. Cartlidge, Superconductivity record sparks wave of follow-up physics. Nature 2015, 524, 277. DOI: 10.1038/nature.2015.18191

[11] D. van der Marel & J. E. Hirsch, Extended Comment on Nature 586, 373 (2020) by E. Snider et al. arXiv:2201.07686. DOI: 10.48550/arXiv.2201.07686

（本文由小希供稿）