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臭鸡蛋硫化氢超导事件的十点回顾

时间:2016-10-11 12:08:00作者: 罗会仟的博文来源: http://blog.sciencenet.cn/blog-22926-1007997.html


臭鸡蛋硫化氢超导事件的十点回顾

图1 德国科学家发现硫化氢在超高压下超导


图2 超导材料的发现年代和临界温度,硫化氢203 K超导打破了多年来的记录


1. 2014年12月1日, 德国马克斯普朗克化学研究所的科学家Drozdov和Eremets宣布在硫化氢-氢气系统中发现 190 K 超导现象,但需150万个大气压的超高压环境,由于测量极端困难,他们数据里只有关于零电阻效应,缺乏迈斯纳效应(完全抗磁性),尚未能彻底证实超导


2. 由于突破 165 K 记录的高温超导甚至室温超导的爆料年年有,而且次次皆乌龙,科学家们早已对此麻木不理。硫化氢超导爆料出来,也是遍地质疑,几乎没人相信,绝大多数人怀疑他们数据测量出错了。如果实现室温 300 K 超导,必然是一个诺贝尔奖!即使如此,超导研究领域的许多科学家也不太想去重复实验,怕白白浪费了时间和精力;


3.Drozdov和Eremets等把论文贴到预印本网站arXiv上后,随即投稿到了Nature,编辑部对此也是充满怀疑,为了保证数据的准确性和可重复性,编辑部要求他们提供抗磁性的数据,同时派了专家调查组到他们实验室,监控每一个数据记录的产生,六个多月后的2015年6月25日,确认数据无误,并得到了一些更新的结果,获得了初步的抗磁性测量数据,才允许他们正式投稿Nature;


4.Nature审稿花了一个月,审稿人认真提了许多问题并得到作者的详细回复,论文最终于2015年7月22日接受,并于2015年8月17日发表,论文发表时他们已经实现了在220万个大气压下发现203 K的超导电性


5.Drozdov和Eremets的同事Troya和俄罗斯科学院的Gavriliuk等人合作,利用高压核磁共振技术证明了硫化氢体系在153 万个大气压、140 K以下具有抗磁性,论文于2015年6月17日投稿到了Science,并于 2016年1月4日正式发表,审稿时间约半年;


6. 硫化氢在高压下超导本身并不稀奇,因为还是在常规超导BCS理论框架范围内,理论上早有预言金属氢可以实现高温超导,只是实验上直到实现了金属氢也没有超导(理论预言条件一改再改,已经超出实验物理学家能力范围了)。2014年前后,中国吉林大学的马琰铭研究组首次预言H2S在160万个大气压有 80 K左右的超导电性,同在吉林大学的崔田、段德芳研究组再次预言H2S-H2化合物在高压下可能实现191 K 和 204 K 的高温超导。有意思的是,德国人的实验结果发现通过不同的测量处理样品方法,可以得到一个 70 - 90 K的相对较低温度超导相,和一个 170 - 203 K的高温超导相,和两个理论工作不谋而合。所以德国人的发现完全是理论上“意料之中”,他们在同位素氘的硫化物的结果也表明这是一个常规超导体。其实,德国科学家在Nature论文摘要就明确提到,他们是受到马琰铭组的论文启发才做的实验。实验idea很简单,但要做成功的挑战非常之大,其关键在于实现 200 万大气压以上的电测量和磁测量极其困难,据不完全统计世界上不超过五个实验室能做到;


7.Eremets在2015年多次国际学术会议上报道了他们的成果,起初大家反应都极其冷淡,会场提问很少。后来他多次提及日本及中国的实验室在重复他们的研究,并且在 150 万个大气压以内的数据都得到了重复,但由于相关实验结果仍然未能发表,绝大部分实验科学家仍然将信将疑。与此同时期,不少理论计算文章发表,预言了在如此极端条件下的硫化氢超导特性,并指出实际超导相应该是H3SDrozdov也在不断尝试重复实验,并将后续结果及实验细节报道出来,不过他们研究组人手少,进展相对较慢;


8.日本大阪大学科学家Einaga和Shimizu等人在Drozdov和Eremets的帮助下,于2015下半年在自己的实验室重复了实验研究工作,并进行了X射线衍射结构分析,确认了理论预言结果。论文于2015年9月9日投稿,并与2016年5月9日发表在Nature Physics上,审稿时间约九个月;


9.同时,日本大阪大学的Ishikawa和Shimizu等发现之前德国人观测到另一个50 - 70 K的超导相是H5S2,论文于2015年12月20日投稿,并与2016年3月17日发表在Scientific Reports上;


10.2016年10月11日,中国吉林大学的崔田研究组宣布成功测量了150 万个大气压下硫化氢体系的迈斯纳效应,在多个压力点得到了清晰的抗磁性信号,完全重复验证了前面的研究结果,从而基本坐实了硫化氢在超高压下超导的新物理突破。虽然我们还尚待其他研究组更多地重复实验结果,但人们已经对在其他氢化物中实现超高压下的室温超导充满了期待!


多余的话:部分国外科学家在报道硫化氢超导事件时,只字不提中国科学家在理论方面的奠基性工作,是对我们中国科学家的不尊重。但愿在该领域后续研究工作中,会有越来越多中国人的声音!



图3 德国科学家在arXiv的文章

图4 德国科学家在Nature的文章

图5 德国科学家在Science的文章


图6 中国科学家在JCP的文章

图7 中国科学家的理论预言文章之一

图8 中国科学家的理论预言文章之二

图9 日本科学家的Nature Physics文章

图10 日本科学家的Scientific Reports文章

图11 中国科学家的arXiv实验研究文章


图12 硫化氢体系超导温度总结


参考阅读


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论文原文

H2S_Theory_YM Ma_JCP-2014.pdf


H2S_Nature_Drozdov__Nature2015.pdf


H2S_PRB_Theory_T Cui_PRB_91_180502.pdf

H2S_ScientificReports_Ishikawa_srep23160.pdf

H2S_Science_Troyan_Drozdov_1303.pdf

H2S_NaturePhysics_XRD_Einaga_nphys3760.pdf

H2S_arXiv_Drozdov_1412.0460.pdf

H2S_arXiv_Meissner_T Cui_1610.02630.pdf