[论文解读] 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 7

一句话总结

本文通过证明报告的“测量电压”数据并非原始测量值，而是通过将带有噪声的背景信号叠加到背景校正后的磁化率上构建而成，挑战了Snider等人（2020年）关于高温超导性的有效性。分析表明，磁化率数据存在病态特征，与所声称的数据采集协议不一致，反而与一种反向过程一致：即通过组合一个量子化分量和一条平滑曲线，再添加噪声以生成“测量电压”——这一结论严重削弱了原始室温超导性声明的可信度。

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.

研究动机与目标

• 调查Snider等人（2020年）在高压下碳硫氢化物（CSH）报告的交流磁化率数据的有效性。
• 评估“测量电压”与“背景信号”是否如原始论文所述为独立测量所得。
• 确定实际用于从原始数据生成报告“超导信号”的数据处理协议。
• 评估数据是否与作者原始及后续出版物中描述的协议一致。

提出的方法

• 对Dias和Salamat（2021年12月28日）发布的磁化率数据进行了详细的数值分析，区分了“测量电压”（χ′_mv）与“超导信号”（χ′_sc）。
• 在160 GPa数据中识别出一个量子步长为Δ_q = 0.16555 nV的量子化分量，表明信号中存在离散跃迁。
• 应用去卷绕技术揭示磁化率数据中隐藏的周期性与不连续性，表明信号并非连续，而是由基本量子步长的整数倍构成。
• 使用15个节点和自然边界条件的三次样条拟合方法，对磁化率数据的平滑分量进行建模。
• 评估三种替代数据处理协议（协议1：独立测量；协议2：UDB背景提取；协议3：反向构建）与数据的一致性。
• 通过模拟指数和高斯轮廓的平滑效应，评估锁相放大器积分等仪器效应是否可解释数据中观察到的波浪形背景，发现仅高斯轮廓能重现观察到的特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 ‘测量电压’数据是否如Snider等人（2020年）所声称的那样为原始数据，还是事后人为构建的？
• RQ2 ‘超导信号’与‘背景信号’是否如原始论文所述为独立测量所得？
• RQ3 磁化率数据中观察到的阶梯状特征是否可由量子化分量与平滑曲线共同解释？
• RQ4 报告的数据处理协议是否与实际数据结构及噪声特性一致？
• RQ5 锁相放大器积分等仪器平滑效应是否可解释观察到的背景波浪形轮廓？

主要发现

• ‘测量电压’数据并非原始测量值，而是通过将带有噪声的背景信号叠加到‘超导信号’上构建而成，与独立测量的声明相矛盾。
• ‘超导信号’表现出一个量子化分量，其步长为Δ_q = 0.16555 nV，表明其为人为构造而非物理测量结果。
• ‘测量电压’数据与背景信号表现出强烈相关性，而‘超导信号’则无此相关性，从而否定了原始减法协议的有效性。
• 数据与Dias和Salamat后续出版物中提出的三种协议（包括基于UDB的背景提取方法）均不兼容。
• 唯一与数据一致的数据处理协议是协议3，即‘测量电压’由预先生成的‘超导信号’（包含量子化与平滑分量）与带噪声的背景信号相加而成。
• 数据中观察到的波浪形背景轮廓最符合高斯平滑轮廓的模拟结果，表明存在仪器或后期处理中的平滑效应，而非原始数据。