[논문 리뷰] Extended Comment on Nature 586, 373 (2020) by E. Snider et al

D. van der Marel, J. E. Hirsch|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 19.

Superconductivity in MgB2 and Alloys인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 Snider 등(2020)에서 제기한 초전도성 주장의 타당성을 도전하며, 보고된 '측정된 전압' 데이터가 원시 측정값이 아니라 배경 보정된 자화율에 노이즈가 첨가된 배경 신호를 더하여 구성된 것임을 입증한다. 분석 결과 자화율 데이터는 병적인 성격을 띠며, 서술된 데이터 수집 프로토콜과 일관되지 않으며, 오히려 '초전도성 신호'가 양자화된 성분과 부드러운 곡선을 조합한 후 노이즈를 첨가하여 '측정된 전압'을 생성하는 반대로 과정을 거쳐 생성된 것으로 밝혀져, 원래의 실온 초전도성 주장의 신뢰성을 뿌리 뽑는 결론을 이끈다.

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.

연구 동기 및 목표

• Snider 등(2020)에서 보고한 고압 조건 하의 탄소 함유 황수소화물(CSH)에 대한 교류 자화율 데이터의 타당성을 조사한다.
• 원본 논문에서 주장한 바와 같이 '측정된 전압'과 '배경 신호'가 진정으로 독립적으로 측정되었는지 평가한다.
• 원시 데이터에서 보고된 '초전도성 신호'를 생성하기 위해 실제로 사용된 데이터 처리 프로토콜을 규명한다.
• 데이터가 저자들이 작성한 원본 및 후속 논문에서 서술된 프로토콜과 일관되는지 평가한다.

제안 방법

• Dias와 Salamat(2021년 12월 28일)가 게시한 자화율 데이터에 대해 수치적 분석을 수행하여 '측정된 전압'(χ′_mv)과 '초전도성 신호'(χ′_sc)를 구분한다.
• 160 GPa 데이터에서 양자 단계 크기 Δ_q = 0.16555 nV를 갖는 양자화된 성분을 확인하여 신호의 이산적 점프를 나타낸다.
• 감지기 풀기 기법을 적용하여 자화율 데이터의 숨겨진 주기성과 불연속성을 폭 드러내며, 신호가 연속적이지 않고 기본 양자 단계의 정수배로 구성되어 있음을 보여준다.
• 15개의 노드와 자연 경계 조건을 사용한 세제곱 스퍼인 보간법을 적용하여 자화율 데이터의 부드러운 성분을 모델링한다.
• 세 가지 대안적 데이터 처리 프로토콜(Protocol 1: 독립 측정; Protocol 2: UDB 배경 추출; Protocol 3: 역방향 구성)을 평가하고 데이터와의 일관성을 검증한다.
• 지수 및 가우시안 프로파일을 사용해 스무딩 효과를 시뮬레이션하여, 도구적 요인(예: 락인 앰프 통합)이 관측된 파도형 배경을 설명할 수 있는지 평가하였으며, 유일하게 관측된 특징을 재현한 것은 가우시안 프로파일임을 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 보고된 '측정된 전압' 데이터는 Snider 등(2020)에서 주장한 바와 같이 진정으로 원시 데이터인가, 아니면 후행적으로 구성된 것인가?
• RQ2 원본 논문에서 서술한 바와 같이 '초전도성 신호'와 '배경 신호'는 진정으로 독립적인 측정인가?
• RQ3 자화율 데이터에서 관측된 단계형 특징은 양자화된 성분과 부드러운 곡선의 조합으로 설명될 수 있는가?
• RQ4 보고된 데이터 처리 프로토콜은 실제 데이터 구조와 노이즈 특성과 일관되는가?
• RQ5 락인 앰프 통합과 같은 도구적 스무딩 효과가 관측된 배경 파도형 프로파일을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• '측정된 전압' 데이터는 원시 측정값이 아니며, '초전도성 신호'에 노이즈가 첨가된 배경 신호를 더하여 구성된 것으로, 독립 측정 주장과 정면으로 배치된다.
• '초전도성 신호'는 Δ_q = 0.16555 nV의 단계 크기를 갖는 양자화된 성분을 보이며, 이는 물리적 측정이 아닌 인위적 구성임을 시사한다.
• '측정된 전압' 데이터는 배경 신호와 강한 상관관계를 보이는 반면, '초전도성 신호'는 그러한 상관관계를 보이지 않아 원래의 뺄셈 프로토콜의 타당성을 무너뜨린다.
• Dias와 Salamat의 후속 논문에서 제안한 세 가지 프로토콜(포함 UDB 기반 배경 추출 방법 포함)과 데이터는 일치하지 않는다.
• 유일하게 일관된 데이터 처리 프로토콜은 프로토콜 3로, '측정된 전압'이 사전에 생성된 '초전도성 신호'(양자화된 성분과 부드러운 곡선의 조합)에 노이즈가 첨가된 것으로 구성된 것이다.
• 관측된 파도형 배경 프로파일은 가우시안 스무딩 프로파일에 의해 가장 잘 재현되며, 이는 도구적 또는 후처리 스무딩 효과를 시사하며 원시 데이터가 아님을 의미한다.