如果说,有人复现了这种材料有磁性质,那是可以成立的。如果说,有人复现了这种材料有室温超导,那是完全不成立的。
最近,韩国科学家宣称的室温常压超导成了全球最热的话题之一。我基于自己的专业知识以及我看到的超导专家的解读,写了两篇文章(韩国科学家声称实现室温超导?可他们的做事方式就证明他们不靠谱)(韩国科学家的室温超导反转了?其实完全没有),基本解释清了这个问题。最基本的结论是,这些韩国科学家并没有实现超导,他们错把一个没有超导的材料当成了超导。
这其中一个很强烈的证据,就是超导实验专家、南京大学闻海虎教授在接受《科技日报》采访(https://weibo.com/3515639462/NbXdXjAZ2)时,指出了韩国科学家在各种实验数据方面的错漏,指出他们实际上没有任何零电阻的证据。闻老师很明确地说,这是超导假象。
闻海虎教授在科技日报微博称韩国超导是超导假象
不过,最近有不少网友和媒体来问我说,听说有研究组复现了韩国的结果,请问是怎么回事(世纪奇迹!华科师徒全球首个复现韩国室温超导磁悬浮,美国超导盘中暴涨150%)?有记者引用的说法是,中美俄都有研究组复现了韩国的结果,中俄是实验,美国是理论。这听起来,室温超导得到了很多支持?
看来这类问题具有一定的典型性,我就在这里简短地解读一下。最基本的回答是,这种说法可能错误了理解“复现”这个词。如果说,有人复现了这种材料有磁性质,那是可以成立的。如果说,有人复现了这种材料有室温超导,那是完全不成立的。
我们可以打个比方,把材料各种性质的稀奇程度用下围棋的水平来比喻。比如说,有抗磁性是初段(绝大多数材料都有抗磁性,例如水,有人能把青蛙加磁场悬浮起来《袁岚峰对话诺奖得主安德烈·盖姆(上)用胶带撕出石墨烯,诺奖得主:我们的想象不该被限制》,就是因为水有抗磁性),有铁磁性(例如铁、钴、镍)是三段,有常规超导(40 K以下的超导,能用BCS理论解释的,例如水银、铌三锡)是五段,有高温超导(超过40 K,BCS理论不足以解释,需要某种现在还不清楚的理论解释的,例如1986年发现的铜氧化物超导和2008年发现的铁基超导)是七段,那么室温超导可以算是九段(目前还没实现,许多人在尝试通过加压强来实现这个目标),而室温常压超导可以算作十段(比高压下的室温超导还要难得多,目前完全没有理论指导)。
用这样的比喻,就可以说,韩国科学家宣称自己的材料达到了十段,但闻海虎老师的分析是,目前看来它最多只有三段。这个材料肯定有某种磁性,究竟是抗磁性还是铁磁性还需要更多实验数据。那些所谓实验复现,都是在这个层面,说它有磁性,但本来就没人否认它有磁性啊?然而真正重要的是它宣称自己达到了十段,但现在完全没有证据证明它达到了五段,更不用说十段了。所以我感到很有趣,为什么有这么多人对着一个三段的实验证据沸腾,他们把它错误地当成了十段。
而且还有一点值得强调的是:目前包括原始论文和“复现”结果,均未经过同行评议后发表在正规科学期刊。而同行评议是鉴别“段位”的第一步,未经同行评议的论文,只能当做网络“发帖”而已。也就是说,目前还不能确认任何的段位。
在实验方面,为什么韩国科学家的证据不足以证明这种材料是超导,我前面两篇文章已经解释过两次了(韩国科学家声称实现室温超导?可他们的做事方式就证明他们不靠谱)(韩国科学家的室温超导反转了?其实完全没有),在这里不再赘述。在理论方面,就是记者问的,所谓美国劳伦斯伯克利国家实验室提交了一篇论文(刚刚,常温常压超导首被证明理论可行:美顶尖实验室论文出炉),使用美国能源部的计算能力进行模拟,为这种材料的超导性找到了理论基础。这个问题可能值得好好解读一下,因为我自己就是做理论的,相对比较了解公众容易在什么地方迷惑。
首先最基础的,这篇文章(https://arxiv.org/abs/2307.16892)压根没有“复现”这种材料具有超导,更不用说室温超导。它说的是,计算显示这种材料具有一些性质(平坦的能带),根据经验这些性质跟超导的关联性比较高,所以这对超导是有利的。仅此而已。用前面下围棋的比喻来说,就是我感觉你有可能达到五段,但这只是个可能,至于十段就更没影子了。
然后,这篇文章并不能代表劳伦斯伯克利国家实验室的官方态度,因为它只是这个实验室的一位研究人员发了一篇预印本(不是正式论文)。比如说我做了一个计算,写一篇文稿发到arXiv去,难道就能说我代表了中国科学技术大学的态度吗?当然不能。
至于说用到美国能源部的算力,同样是在外行听起来好像是有权威机构背书,实际上不能说明任何问题,因为这只是租用人家的计算机时间而已。好比我在中国的超级计算机“神威太湖之光”上做个计算,就说神威太湖之光支持我的结果,这可以吗?当然不可以,因为人家只是提供算力而已,算得对不对完全是使用者的事。
神威太湖之光
最后,如果大家对计算化学理论感兴趣,我可以稍微讲一些专业的解读。此文的标题叫做《铜取代的铅磷酸盐磷灰石中相关孤立平坦能带的起源》(Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite),基本内容是说作者做了密度泛函理论(density functional theory)计算,发现这种材料在费米能级具有相关的孤立平坦能带(correlated flat bands at the Fermi level),这是高温超导材料的普遍信号(common signature)。
《铜取代的铅磷酸盐磷灰石中相关孤立平坦能带的起源》
学过计算化学的人会明白,能带是一种平均场近似的语言(平均场的意思是,假定对于一个电子而言,其他电子的影响可以描述成一个平均的场,而跟这些电子的瞬间位置无关,这样就可以把各个电子的运动分开考虑)。跟平均场相对的叫做强关联(即多个电子的运动互相关联,不能把它们分开),强关联会给计算增加极大的困难。超导是一种强关联现象,而强关联现象目前没有精确的计算方法。
因此,用这种计算是不能可靠地预测超导的。最多只能说在这种近似理论下得到这种结果,是有利于出现超导的,但是不是真的超导,没法算出来。
而且学过超导理论的人还知道,BCS理论有个麦克米兰极限(McMillan limit),意思是常压下的超导转变温度不能超过40 K。超过40 K就是高温超导了,而高温超导的理论直到现在都不清楚。所以即使通过平均场计算预测某个材料可能有超导,也只能在超导转变温度低于40 K的时候做比较定量的预测。如果超过40 K,仍然是一头雾水。
所以,这篇理论文章的结果即使是正确的,意义也很有限。它离解释室温常压超导的距离,就好比说某人“有可能会下围棋”和说此人“已经是世界第一高手”之间的距离。这根本不叫“复现”。
大家明白了吗?
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