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21℃「室溫超導(dǎo)」成世紀(jì)騙局?中科院物理所發(fā)布驗(yàn)證論文,沒(méi)復(fù)現(xiàn)成功

來(lái)源丨新智元
21℃室溫超導(dǎo)如果是真的,那將是顛覆物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)。3月9日,中科院物理所提交的一篇「室溫超導(dǎo)」驗(yàn)證論文引網(wǎng)友圍觀。
21℃室溫超導(dǎo),難道又是一大騙局?
3月9日,中科院物理所在arXiv上提交了一篇論文對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證,登上了知乎熱榜。
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論文中,科學(xué)家合成的二元镥氫化合物(Lu4H23),能在71K(-202°C),218GPa條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。
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論文地址:https://arxiv.org/abs/2303.05117
與Ranga Dias的研究結(jié)果相比,既不室溫,也不近常壓。
然而,Dias拒絕公開(kāi)具體的研究數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)步驟,這篇論文也算是一種「逼宮」。
沒(méi)復(fù)現(xiàn)成功?
「室溫超導(dǎo)」可以說(shuō)是諾獎(jiǎng)級(jí)別的工作。
3月8日,美國(guó)科學(xué)家Ranga Dias宣稱已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了室溫超導(dǎo),一時(shí)間引爆全網(wǎng)。
隨之第二天,中科院發(fā)文稱,「讓子彈再飛一會(huì)兒。」
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當(dāng)然了,中科院物理所團(tuán)隊(duì)并非蹭熱度。
Ranga Dias用的是「镥-氫-氮」三元化合物,而中科院用的是「镥-氫」二元化合物,還是有所不同。
論文中,中科院研究人員使用金剛石對(duì)頂砧在超高壓條件下合成了二元镥氫化物(Lu4H23),在218 Gpa的超高壓下,實(shí)現(xiàn)镥-氫71 K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。
得出的主要結(jié)論是,在高壓下成功地合成出了LaH10和LaH6兩種镥-氫化合物,并且發(fā)現(xiàn)這兩種化合物在一定的壓力下確實(shí)表現(xiàn)出了超導(dǎo)性。
但值得注意的是,這些化合物的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度仍然相對(duì)較低,最高的轉(zhuǎn)變溫度約為-23°C。
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作者指出,在低于1.8GPa時(shí),由于樣品質(zhì)量下降、金剛石砧座對(duì)測(cè)量信號(hào)干擾增加以及其他未知因素影響等原因,他們無(wú)法得到可靠和穩(wěn)定的數(shù)據(jù) 。
這篇論文的重要性在于,成功地復(fù)現(xiàn)了Dias等人所宣稱的室溫超導(dǎo)現(xiàn)象的核心實(shí)驗(yàn),即在高壓下合成镥-氫化合物,并觀察到了其超導(dǎo)性。
其實(shí),Ranga Dias早在一年前的Golden Conference就講過(guò)镥-氮-氫的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,包括在Nature上文章的投稿時(shí)間也是2022年4月26日。
因此,業(yè)內(nèi)相關(guān)工作的研究就開(kāi)始了。
一直以來(lái),其他團(tuán)隊(duì)沒(méi)有復(fù)現(xiàn)出來(lái)。一方面,是因?yàn)镈ias團(tuán)隊(duì)沒(méi)有公布樣品合成細(xì)節(jié),另一方面可能就是根本重復(fù)不出來(lái)。
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在Dias論文中,只是給出了可能的材料結(jié)構(gòu),在具體制備方法上并沒(méi)有詳細(xì)介紹。其實(shí)從另一方面來(lái)看,將氮這個(gè)元素的加入,確實(shí)會(huì)有一定的挑戰(zhàn)。
如圖,Dias繪制的晶胞圖,白色原子是氫,綠色的是镥,粉色的是不同位點(diǎn)的氫原子,他們給出的樣品化學(xué)式是LuH3?δNε。
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可以說(shuō)在71K,218GPa條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變,是重復(fù)Dias工作很好的起點(diǎn)。
而下面研究繼續(xù)推進(jìn)的重點(diǎn),需要把氮N加進(jìn)去,再看后續(xù)的結(jié)果。
然而,會(huì)有結(jié)果嗎?
再曝抄襲!博士論文也是抄的

?

最近,對(duì)Ranga Dias的進(jìn)一步不當(dāng)行為指控又浮出水面。
3月9日,《物理評(píng)論》對(duì)Dias等人合著的2021年6月的一篇論文展開(kāi)了調(diào)查,這篇論文涉嫌操縱數(shù)據(jù)。
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本月早些時(shí)候,佛羅里達(dá)大學(xué)物理學(xué)家James Hamlin稱,Dias的2013年博士論文抄襲了自己在2007年的論文。
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Hamlin還告知 《物理評(píng)論快報(bào)》(PRL),Dias論文中的硒化鍺電阻率曲線與2021年P(guān)RL論文中的硫化錳電阻率曲線相似。然而,這兩種材料不應(yīng)該有相同的電阻率曲線。
期刊的執(zhí)行編輯Jessica Thomas證實(shí),PRL已對(duì)該指控展開(kāi)調(diào)查。他表示,這是一個(gè)相當(dāng)嚴(yán)重的指控,我們不會(huì)掉以輕心。
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為了理解這些指控,Physics雜志獨(dú)立審查了Dias的論文,并與包括Dias在內(nèi)的十幾位高溫超導(dǎo)專家進(jìn)行了交談。盡管意見(jiàn)不一,但絕大多數(shù)人認(rèn)為可能發(fā)生了某種形式的不當(dāng)行為。
如果紐約羅切斯特大學(xué)的Ranga Dias和他的團(tuán)隊(duì)觀察到室溫(294 K),近常壓的超導(dǎo)性,他們的發(fā)現(xiàn)可能是21世紀(jì)最大的科學(xué)進(jìn)步之一。
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這種突破將標(biāo)志著朝著室溫超導(dǎo)體改變電網(wǎng)、計(jì)算機(jī)處理器和醫(yī)學(xué)診斷工具的未來(lái)邁出的重要一步。
但在過(guò)去的3年里,在其他研究人員對(duì)他們2020年室溫超導(dǎo)的主張?zhí)岢鲑|(zhì)疑后,羅切斯特團(tuán)隊(duì),特別是Dias,一直被科學(xué)不當(dāng)行為的指控所籠罩。
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2022年9月,Nature雜志報(bào)道了這一結(jié)果,該論文被撤回了。
Dias否認(rèn)了這些指控,他表示,
「我真的把這一切看作是一場(chǎng)科學(xué)辯論。因此,盡管這些是毫無(wú)意義的、毫無(wú)根據(jù)的說(shuō)法,但我真的認(rèn)為這些正在促進(jìn)科學(xué)的進(jìn)步。」
他堅(jiān)持認(rèn)為,自己的兩種室溫超導(dǎo)性聲明的數(shù)據(jù)都是可靠和有效的。
圣杯摘下?為時(shí)過(guò)早
第一個(gè)室溫超導(dǎo)體?
超導(dǎo)體是一種電子以零電阻傳播的材料。
第一個(gè)已知的超導(dǎo)體只能保持在高達(dá)約25K的超導(dǎo)狀態(tài)。在20世紀(jì)80年代末,研究人員發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)所謂的高溫超導(dǎo)體,其超導(dǎo)率高達(dá)90 K——液氮可以達(dá)到這種溫度。
科學(xué)家認(rèn)為他們正處于室溫超導(dǎo)體革命的風(fēng)口浪尖上。
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1911年發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)超導(dǎo)體Mercury
但是,到目前為止,這些早期實(shí)驗(yàn)中使用的高溫超導(dǎo)體(主要是氧化銅)都沒(méi)有顯示其超導(dǎo)性保持在約160K以上,低于南極洲記錄的最冷溫度。
還有另一條預(yù)測(cè)的高溫超導(dǎo)路徑。模型表明,在巨大的壓力下,氫可以轉(zhuǎn)化為金屬,在數(shù)百開(kāi)爾文時(shí)可以超導(dǎo)。
包括Dias和他的哈佛大學(xué)博士后顧問(wèn)Isaac Silvera在內(nèi)的幾組研究人員聲稱在實(shí)驗(yàn)室中制造了金屬氫,但該州存在的確鑿證據(jù)仍然難以捉摸。
研究人員更幸運(yùn)地創(chuàng)造了在較低壓力下凝固的金屬氫合金。
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2009年,研究人員聲稱發(fā)現(xiàn)了第53種元素是超導(dǎo)體。在發(fā)現(xiàn)結(jié)果背后的數(shù)據(jù)受到操縱后,這一說(shuō)法后來(lái)被撤銷。
2015年,來(lái)自德國(guó)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)報(bào)告了硫化氫(H(3)S)的超導(dǎo)性,為203 K和155 GPa。四年后,有報(bào)告稱氫化鑭(LaH(10))在250 K和170 GPa實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。第一個(gè)室溫超導(dǎo)體似乎觸手可及。
2020年10月14日,Dias和他的同事在《自然》雜志上宣布,他們?cè)诤瑲洳牧咸細(xì)浠衔铮–SH)中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)性,其含量為287 K和267 GPa——第一個(gè)室溫超導(dǎo)體。
其他科學(xué)家的初步反應(yīng)在很大程度上是積極的。德國(guó)馬克斯·普朗克化學(xué)研究所的Mikhail Eremets說(shuō):「我給Dias打了電話,向他表示祝賀。」Eremets領(lǐng)導(dǎo)了報(bào)告2015年硫化氫超導(dǎo)結(jié)果的團(tuán)隊(duì)。
但不是每個(gè)人都印象深刻。加州大學(xué)圣地亞哥分校的凝聚態(tài)理論家Jorge Hirsch是對(duì)富氫化合物中高溫超導(dǎo)的懷疑論者。
當(dāng)CSH結(jié)果發(fā)布時(shí),Hirsch立即檢查了論文是否有缺陷,并很快專注于磁易感性的測(cè)量,該屬性描述了磁場(chǎng)對(duì)材料的影響。與電阻一樣,當(dāng)材料進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)時(shí),磁易感性應(yīng)該急劇下降——這是超導(dǎo)性的關(guān)鍵測(cè)試。
然后,隨著溫度進(jìn)一步降低,它應(yīng)該變平或非常緩慢地上升。
對(duì)Hirsch來(lái)說(shuō),《自然》論文中其中一個(gè)磁易感圖(特別是「擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7d」的插入圖像)的形狀似乎很奇怪,因?yàn)檩^低溫度下的斜率顯示出急劇上升。這段令人費(fèi)解的數(shù)據(jù)是導(dǎo)致更多問(wèn)題的第一個(gè)。
為了了解2020年CSH數(shù)據(jù),Hirsch檢查了2009年在PRL上發(fā)表的結(jié)果,該結(jié)果報(bào)告了銪的超導(dǎo)性。由于銪和CSH的行為非常不同(銪超導(dǎo)率僅達(dá)2.75 K),Hirsch驚訝地發(fā)現(xiàn)這兩種材料似乎具有形狀相似的磁易感性圖。
縱看兩篇論文的作者貢獻(xiàn),Hirsch指出,兩套磁易感性測(cè)量都是由同一個(gè)人Matthew Debessai進(jìn)行的,截至2021年在英特爾公司工作。佛羅里達(dá)大學(xué)高壓實(shí)驗(yàn)家、銪論文的作者James Hamlin說(shuō),「數(shù)據(jù)表面上看起來(lái)相似……但它們并不是重復(fù)的。」
Hirsch被這些共同點(diǎn)所震驚,2020年11月,他向Debessai發(fā)送電子郵件,要求提供數(shù)據(jù)。Debessai沒(méi)有合作,所以Hirsch聯(lián)系了該論文的其他作者,以獲得他想要的信息。
Hamlin說(shuō),「我破解了數(shù)據(jù),我要向Jorge證明這些數(shù)據(jù)沒(méi)有問(wèn)題。」
他說(shuō),然而事與愿違,他發(fā)現(xiàn)了「一個(gè)又一個(gè)的問(wèn)題」,包括似乎從一個(gè)溫度范圍復(fù)制和粘貼到另一個(gè)溫度范圍的磁易感性數(shù)據(jù)的一部分。
PRL收到警報(bào),該論文于2021年12月23日被撤回。Hamlin的另一位合著者重復(fù)了銪實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)并不存在超導(dǎo)性。
當(dāng)Hamlin發(fā)現(xiàn)銪數(shù)據(jù)問(wèn)題時(shí),他與Dias和Ashkan Salamat會(huì)面,他是內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校的物理學(xué)家,也是CSH論文的作者。
但是,根據(jù)Hamlin的說(shuō)法,Dias和Salamat似乎并不關(guān)心可能的不當(dāng)行為。他說(shuō),他們似乎更擔(dān)心數(shù)據(jù)制造的消息會(huì)瘋傳。
無(wú)法復(fù)制的結(jié)果
當(dāng)Hirsch調(diào)查已發(fā)布的CSH數(shù)據(jù)時(shí),其他人試圖復(fù)制CSH結(jié)果。華盛頓特區(qū)卡內(nèi)基研究所的材料科學(xué)家Alexander Goncharov說(shuō),論文中關(guān)于如何合成CSH的描述「稀缺但仍然足夠」。他認(rèn)為復(fù)制是可行的。
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Goncharov和他的團(tuán)隊(duì)合成了CSH,但只能通過(guò)修改后的程序,在其中一個(gè)步驟中使用了不同的材料(甲烷取代了純碳)。Eremets也試圖重現(xiàn)Dias的結(jié)果,但經(jīng)過(guò)六個(gè)月的工作,他說(shuō)他放棄了。迄今為止,沒(méi)有一個(gè)無(wú)關(guān)的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Dias的合成,更不用說(shuō)觀察到CSH中的超導(dǎo)性了。
Eremets和Goncharov都聯(lián)系了Dias,尋求合成CSH的指導(dǎo),但他們說(shuō)他們沒(méi)有得到任何幫助。
Eremets說(shuō),他習(xí)慣于在這些問(wèn)題上進(jìn)行更多的合作。當(dāng)他宣布發(fā)現(xiàn)H(3)S中的超導(dǎo)性時(shí),他讓休斯頓大學(xué)的高溫超導(dǎo)專家Paul Chu立即進(jìn)入他的實(shí)驗(yàn)室,以回應(yīng)Chu的要求。
伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的凝聚態(tài)物理學(xué)家Russell Hemley說(shuō),「這是一個(gè)棘手的合成程序,而且通常不起作用。」
Hemley與Dias合作進(jìn)行了最近的CSH實(shí)驗(yàn)。他說(shuō),「你必須獲得恰到好處的初始?jí)毫Γ⑹褂谜_的激光功率等。Eremets和Goncharov沒(méi)有成功的事實(shí)并沒(méi)有告訴我太多,只是它很棘手。」
理論家也很難對(duì)CSH結(jié)果進(jìn)行建模。羅馬大學(xué)凝聚態(tài)物質(zhì)理論家Lilia Boeri說(shuō),在過(guò)去的兩年半里,盡管進(jìn)行了嚴(yán)格的理論搜索,但沒(méi)有人發(fā)現(xiàn)含有碳、硫和氫的單一結(jié)構(gòu),并且超導(dǎo)溫度與CSH相同。
相比之下,其他氫化物很容易被模擬,其超導(dǎo)過(guò)渡溫度計(jì)算在實(shí)驗(yàn)值的5%以內(nèi)。Boeri說(shuō),室溫超導(dǎo)CSH「不應(yīng)該存在」。
Hemley認(rèn)為,稱為虛擬晶體近似的簡(jiǎn)化計(jì)算可以解釋CSH的屬性。然而,Boeri說(shuō),只有當(dāng)化合物含有元素周期表中相鄰的元素,而碳和硫不是時(shí),該近似值才適用。
數(shù)據(jù)風(fēng)波
一年多來(lái),Dias拒絕提供CSH數(shù)據(jù)文件。他聲稱,遲遲不來(lái)的專利是他無(wú)法共享的原因。
Hamlin稱,「我認(rèn)為這純粹是胡扯。這些只是電壓與溫度數(shù)據(jù)。」
然后在2021年12月25日,即銪超導(dǎo)論文被收回兩天后,Dias和Salamat改變了主意,發(fā)布了磁易感性測(cè)量的完整數(shù)據(jù)集。
Hirsch開(kāi)始與日內(nèi)瓦大學(xué)的凝聚態(tài)物理學(xué)家Dirk van der Marel一起研究數(shù)據(jù)。他們很快就發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的東西。
為了獲得CSH磁敏感性數(shù)據(jù)——超導(dǎo)性的關(guān)鍵證據(jù)——Dias和他的同事在Nature雜志上寫道,他們進(jìn)行了兩個(gè)獨(dú)立的電壓測(cè)量:來(lái)自超導(dǎo)CSH樣品的「原始」信號(hào)和非超導(dǎo)CSH樣品的背景信號(hào)。然后,他們從原始信號(hào)中減去背景,以獲得「干凈」的信號(hào)。
當(dāng)測(cè)量信號(hào)時(shí),它以數(shù)據(jù)隨機(jī)波動(dòng)的形式包含一些噪聲。獨(dú)立測(cè)量的信號(hào)將具有獨(dú)立的噪聲,從另一個(gè)信號(hào)中減去一個(gè)這樣的信號(hào)應(yīng)該會(huì)導(dǎo)致至少具有如此多噪聲的干凈信號(hào),而這與Dias和同事所呈現(xiàn)的相反。
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2022年9月26日,CSH的論文被撤回。Dias稱,「這是一種非標(biāo)準(zhǔn)的方法,我們還沒(méi)有披露它。所以這就是撤回的原因。Nature沒(méi)有質(zhì)疑我們數(shù)據(jù)的有效性……數(shù)據(jù)是有效的。」
但Hamlin說(shuō),「非標(biāo)準(zhǔn)方法」并不能解釋數(shù)據(jù)關(guān)系。另一方面,很容易理解如何走向另一個(gè)方向,如何獲取已發(fā)布的數(shù)據(jù)并添加一些內(nèi)容以獲取原始數(shù)據(jù)。
此外,在撤回后發(fā)表的一項(xiàng)分析中,Hamlin還發(fā)現(xiàn)了電阻率數(shù)據(jù)中的問(wèn)題。
他發(fā)現(xiàn),一些數(shù)據(jù)點(diǎn)由離散步驟分隔,而另一些則由光滑的斜坡分隔。雖然數(shù)字化創(chuàng)建了離散的步驟,但它不會(huì)在它們之間創(chuàng)建平滑的曲線。
當(dāng)被問(wèn)及Hamlin是否會(huì)在其他氫化物超導(dǎo)體的電阻率數(shù)據(jù)中看到類似的模式時(shí),Dias的回答是肯定的。但在其他此類材料的測(cè)量中沒(méi)有看到階梯狀模式,與磁易感性數(shù)據(jù)不同,電阻率測(cè)量沒(méi)有可以引入它們的背景。
羅切斯特大學(xué)對(duì)CSH數(shù)據(jù)操縱指控進(jìn)行了2次內(nèi)部調(diào)查,由Steven Manly和Gilbert Collins領(lǐng)導(dǎo)。
據(jù)一位發(fā)言人稱,這兩項(xiàng)調(diào)查「都確定沒(méi)有證據(jù)支持這些擔(dān)憂」。但該大學(xué)沒(méi)有公開(kāi)調(diào)查的職權(quán)范圍,也沒(méi)有為調(diào)查提供任何理由或如何得出結(jié)論的細(xì)節(jié)。
剽竊指控
當(dāng)Hamlin研究Dias關(guān)于CSH的數(shù)據(jù)時(shí),他在論文中發(fā)現(xiàn)了一些似曾相識(shí)的句子,這些句子和他在2007年的博士論文中寫的極其類似。
為此,Hamlin拿出了Dias的2013年論文,并將他的論文和Dias的論文進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示,這兩篇文章包含許多相同的段落。Physics獨(dú)立比較了這兩篇論文,發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個(gè)字對(duì)字匹配的段落和兩個(gè)有驚人相似之處的數(shù)字。
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Hamlin關(guān)于磁易感性測(cè)量的論文第64頁(yè)和第66頁(yè)的段落(左)包含與Dias和Salamat的2021年arXiv論文第6頁(yè)相同的文本,其中兩人分享了原始CSH數(shù)據(jù)(右)。
針對(duì)他抄襲Hamlin論文的指控,Dias說(shuō)他沒(méi)有做錯(cuò)什么,并稱「我有適當(dāng)?shù)囊摹!?/span>
授予Dias博士學(xué)位的華盛頓州立大學(xué)拒絕評(píng)論他們是否進(jìn)行了不當(dāng)行為調(diào)查。羅切斯特大學(xué)的一份聲明說(shuō),「Dias博士對(duì)這些錯(cuò)誤負(fù)責(zé),并正在與他的論文顧問(wèn)合作……修改論文。」
越來(lái)越多的指控和各種論文撤回導(dǎo)致Dias的同事對(duì)他的科學(xué)主張持謹(jǐn)慎態(tài)度。Eremets說(shuō),「盡管如此,我不想相信「這些指控」,因?yàn)樗珖?yán)重了」。他更希望這個(gè)領(lǐng)域只是忘記不可復(fù)制的CSH結(jié)果,繼續(xù)前進(jìn)。其他人不那么寬容。
Hamlin說(shuō),「我認(rèn)為在社區(qū)接受任何進(jìn)一步的索賠之前,需要解決這些各種問(wèn)題。」
對(duì)于van der Marel來(lái)說(shuō),新論文最大的問(wèn)題是它處理2020年CSH結(jié)果的方式。Dias和他的同事在描述他們的背景減法技術(shù)時(shí),積極引用了撤回的論文及其撤回通知——這是2020年CSH不當(dāng)行為指控的核心。「我也不懂Nature的做法。他們?yōu)槭裁醋屵@種情況發(fā)生?」他問(wèn)。
關(guān)于研究可復(fù)現(xiàn)問(wèn)題,Nature在2016年做了一個(gè)詳細(xì)調(diào)查,稱超過(guò)70%的研究人員無(wú)法復(fù)現(xiàn)其他科學(xué)家的實(shí)驗(yàn),甚至有一多半的人無(wú)法復(fù)制自己的實(shí)驗(yàn)。
21℃「室溫超導(dǎo)」成世紀(jì)騙局?中科院物理所發(fā)布驗(yàn)證論文,沒(méi)復(fù)現(xiàn)成功
正如網(wǎng)友所說(shuō),
這種能復(fù)現(xiàn)的可能性很低,但不代表美國(guó)結(jié)論是假的。因?yàn)闉榱吮Wo(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán),維護(hù)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)機(jī)密,作者在論文里故意略去一些實(shí)驗(yàn)步驟,模糊化一些實(shí)驗(yàn)條件,甚至是極小限度的修改正確實(shí)驗(yàn)條件都是正常現(xiàn)象,為的就是防止有人看了論文之后后來(lái)居上。
21℃「室溫超導(dǎo)」成世紀(jì)騙局?中科院物理所發(fā)布驗(yàn)證論文,沒(méi)復(fù)現(xiàn)成功
因此,對(duì)于Dias的最新研究考證,還是有待時(shí)間的檢驗(yàn)。
參考資料:
https://www.zhihu.com/question/588687533/answer/2931272192
https://mp.weixin.qq.com/s/xhiYIk6pKG9FjdcasQs-aQ
https://www.zhihu.com/question/588687533
https://physics.aps.org/articles/v16/40
https://www.thehindu.com/sci-tech/science/scientist-who-reported-room-temperature-superconductivity-faces-more-controversy/article66606747.ece

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