[論文レビュー] Extended Comment on Nature 586, 373 (2020) by E. Snider et al

D. van der Marel, J. E. Hirsch|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2022

Superconductivity in MgB2 and Alloys被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、Sniderら（2020年）の超伝導性に関する主張の妥当性に疑問を呈し、報告された「測定電圧」データが、元々の測定値ではなく、背景補正済みの磁化率にノイズを含む背景信号を加算することで構築されたものであることを示している。分析の結果、磁化率データは病理的であり、提示されたデータ収集プロトコルと整合せず、逆に「超伝導信号」が量子化された成分と滑らかな曲線を組み合わせ、その後ノイズを加えて「測定電圧」を生成するという逆プロセスに一致することが判明した。この結論は、元の常温超伝導性主張の信ぴょう性を根底から揺るがすものである。

ABSTRACT

Recently the discovery of room-temperature superconductivity was announced for a carbonaceous sulfur hydride (CSH) under high pressure. The evidence for superconductivity was based on resistance and magnetic susceptibility measurements. In the figures showing the susceptibility it was stated that "the background signal, determined from a non-superconducting CSH sample at 108~GPa, has been subtracted from the data". From a thorough data analysis we show that the data are incompatible with the notion that the susceptibility data are obtained from the "measured voltage" using a background correction. On the other hand the data {\it are} compatible with the reverse procedure, namely the "measured voltage" is obtained by adding a "background signal" containing noise to what was reported as the background-corrected susceptibility. For all 6 of the reported pressures our analysis leads to the conclusion that: (i) the reported background-corrected susceptibility data are pathological, (ii) they were not obtained by the method described in this paper nor by any one of the alternative 3 methods that were subsequently provided by the authors and (iii) the "measured voltage" data are not raw data.

研究の動機と目的

• Snider ら（2020年）で報告された高圧下の炭素含有ヒ素化水素（CSH）の交流磁化率データの妥当性を検証すること。
• 元論文で主張されているように、『測定電圧』と『背景信号』が本当に独立して測定されたものかどうかを評価すること。
• 報告された『超伝導信号』が、原始データから実際にどのように処理されたかを特定すること。
• 著者らの元論文およびその後の出版物で説明されたプロトコルと、実際のデータ構造およびノイズ特性が整合するかどうかを評価すること。

提案手法

• Dias らと Salamat（2021年12月28日）が公開した磁化率データについて、詳細な数値解析を実施し、『測定電圧』（χ′_mv）と『超伝導信号』（χ′_sc）を区別した。
• 160 GPa のデータに量子ステップサイズ Δ_q = 0.16555 nV を持つ量子化成分が存在することを特定し、信号に離散的なジャンプが生じていることを示した。
• アンラップ技術を適用して、磁化率データに隠された周期性および不連続性を特定し、信号が連続的ではなく、基本的な量子ステップの整数倍で構成されていることを明らかにした。
• 15個のノードと自然境界条件を用いた3次スプラインフィッティングを実施し、磁化率データの滑らかな成分をモデル化した。
• 3つの代替データ処理プロトコル（プロトコル1：独立測定；プロトコル2：UDBを用いた背景抽出；プロトコル3：逆方向の構築）を評価し、それらがデータと整合するかを検証した。
• 指数関数的およびガウス型のプロファイルを用いて平滑化効果をシミュレートし、測定機器の影響が観察された波打つ背景を説明できるかを評価した。その結果、ガウス型プロファイルのみが観察された特徴を再現した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 『測定電圧』データは、Snider ら（2020年）で主張されているように、本当に原始的なデータであるのか、それとも後から構築されたものなのか？
• RQ2 『超伝導信号』と『背景信号』は、元論文で主張されているように、本当に独立して測定されたものなのか？
• RQ3 磁化率データに観察された段階的な特徴は、量子化成分と滑らかな曲線の組み合わせによって説明可能か？
• RQ4 報告されたデータ処理プロトコルは、実際のデータ構造およびノイズ特性と整合するか？
• RQ5 ロックインアンプの統合といった機器的平滑化効果が、観察された背景の波打つプロファイルを説明できるか？

主な発見

• 『測定電圧』データは原始的な測定値ではなく、『超伝導信号』にノイズを含む背景信号を加算することで構築されたものであり、独立測定の主張と矛盾する。
• 『超伝導信号』には量子化成分が存在し、ステップサイズ Δ_q = 0.16555 nV であるため、物理的測定ではなく意図的な構築である可能性が高い。
• 『測定電圧』データは背景信号と強く相関しているが、『超伝導信号』はそのような相関を示さないため、元のプロトコルである差し引き処理が無効であることが判明した。
• Dias らと Salamat がその後の出版物で提示した3つのプロトコル（UDBを用いた背景抽出法を含む）とは、すべてデータと整合しない。
• 唯一整合するデータ処理プロトコルはプロトコル3であり、『測定電圧』は、事前に生成された『超伝導信号』（量子化成分と滑らかな成分の組み合わせ）にノイズを加算することで形成されている。
• 観察された波打つ背景プロファイルは、ガウス型平滑化プロファイルによって最もよく再現され、これは機器的または後処理による平滑化効果を示唆するものであり、原始的なデータではない。