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碳纳米管超导的真假

已有 398 次阅读 2025-12-14 11:56 |系统分类:科研笔记

2001 年是碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)超导研究的关键节点,这一年诞生了两篇具有里程碑意义的论文。

一篇PRL论文,Superconductivity in Ropes of Single-Walled Carbon Nanotubes,Phys. Rev. Lett. 86, 2416 – Published 12 March, 2001,https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.2416,在一束的多根单壁CNT中观察到电阻下降2个量级,Tc ~ 0.55K,宣称电阻最终趋近于零,并且随磁场增强被抑制。没有磁化率数据。现在看的话,样品也远远没到零电阻。

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一篇Science论文,Superconductivity in 4 Angstrom Single-Walled Carbon Nanotubes,Science 29 Jun 2001,https://www.science.org/doi/10.1126/science.1060470团队采用“模板受限生长法”,在孔道内原位制备出直径仅0.4nm(4埃)的超小单壁碳纳米管,通过低温输运测量和磁学表征发现超导,Tc高达15K。该论文主要是抗磁数据,但这些数据,实际上惨不忍睹。如下图,作者把2和1两个顺磁磁化率相减得到了抗磁性的主要结论。

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之后十几年间,又有多篇CNT超导的报道,Tc多在十几K之间。我在2006年之时,对此做了一年多的研究。发现了两个主要问题。一是生长CNT大都需要催化剂,Fe、Co、Ni的纳米颗粒,并且很难去除干净,这会导致一种称为超顺磁性的磁化率特征,这种超顺磁性与超导的磁化率测量有时候非常相似,如果再扣一下背底,那简直一模一样。二是在CNT的超导研究中,无论电阻还是磁化率,扣背底或者各种相减的数据处理,几乎成了一种通用的数据处理方法,以至于后来报道的超导转变数据越来越漂亮,但都少不了扣背底。

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这种超顺磁现象在物理所苏少奎研究员著《低温物性及测量:一个实验技术人员的理解和经验总结》一书中有过介绍。该书对低温物性测量做了非常全面的总结分析,在此予以推荐。

之后似乎大家逐渐淡忘了CNT的超导。

一直到最近2025年九月份的一篇论文 https://arxiv.org/abs/2509.19255 ,以上Science论文研究团队再次报道了CNT中高达250K的超导。但是作者对电阻和磁化率,都采用了扣背底的数据处理方法。

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四分之一世纪过去了,目前CNT中的超导仍然缺乏明确的证据,无论是零电阻还是完全抗磁性。

而这类研究,证伪也非常困难,只能随着时间慢慢消散。



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