物理学家在从前被认为“不可能”的温度发现超导体行为
2024-08-21 16:09阅读：
物理学家在从前被认为“不可能”的温度发现超导体行为
By Ben Turner
published 11 hours
ago
Quantum Physics
科学家们已经在一种超导材料中观测到了一种意想不到的新行为。如果物理学家能够弄清楚这个原因，这将帮助他们找到室温超导体。
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Here’s
how it works.
艺术家的一个悬浮超导体的概念图。
(Image credit: ktsimage via Getty Images)
科学家们已经发现了一个在比以前想的更高的温度下发生超导性要求的关键过程。这可能是在寻找物理学的“圣杯”之一——一种在室温下工作的超导体中但意义重大的一小步。
这一在一种不太可能的电绝缘体材料内部做出的发现，揭示在高达零下190华氏度（零下123摄氏度）的温度下电子配对起来-对在极冷超导材料中近乎无损电流的秘密成分之一。
到目前为止，物理学家们被为什么这正在发生挫败。但了解它可以帮助他们找到室温超导体。研究人员于8月15日在《科学Science》杂志上发表了他们的发现。
斯坦福大学应用物理学研究生、合著者徐克军在一份声明中说，“电子对正在告诉我们它们准备好成超导的，但某些些东西正在阻止它们。如果我们能找到同步化这些对的一种新方法，我们可以将它应用到可能的构建更高温度的超导体上”
。
超导性从电子随它们移动穿过一种材料留下的尾迹涟漪中浮现。在足够低的温度下，这些涟漪将原子核吸引到彼此，进而造成一个将一个第二个电子吸引到第一个电子电荷中的轻微偏移。
通常，两个负电荷应该彼此排斥。但相反某些奇怪的事情发生：电子变得被束缚在一起形成一个“库珀对”
库珀对遵循与那些孤电子不同的量子力学规则。不是在一个能量壳中向外堆叠，而是它们像光的粒子一样动作，一个无限数量的光的粒子能同时占据空间中的同一点。如果足够的这些库珀对被在整个材料中创造，它们变成一个超流体，正对着电阻没有任何能量丧失流动着。
荷兰物理学家昂聂斯（Heike Kamerlingh
Onnes）于1911年发现了第一个在难以想象的冷温下过渡成零电阻率状态的超导体，接近绝对零度（-459.67华氏度，或-273.15摄氏度）。然而在1986年，物理学家发现了一种叫铜酸盐的铜基材料，它在远更温暖的（但仍然非常冷）零下211华氏度（零下135摄氏度）下变成一种超导体。
物理学家希望这一发现将引领他们到室温超导体。然而探究是什么造成铜酸盐来显示它们的异常行为放慢了，去年可行的室温超导体的疯狂的声称终结在数据造假断言和失望中。
为进一步调查，这项新研究背后的科学家转向了一种被称为钕铈铜氧化物的铜酸盐。这种材料的最大超导温度是相对的低在-414.67华氏度（-248摄氏度）上，如此科学家们没有烦恼来过多研究它。但当研究人员将紫外线照射到它的表面上时，他们观测到了某些奇怪的东西。
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通常，当光包或光子击中携带未配对的电子的铜酸盐时，光子给电子足够的被从材料甩出的能量，造成材料损失大量能量。但库珀对中的电子能抵抗它们的光子驱逐，造成这种材料只损失一点点能量。
尽管它的零电阻状态仅在非常低的温度下发生，但研究人员发现了在新材料中的能隙坚持高达150
K，而奇特的是那个配对的在大多数最善于抵抗电流流动的样品中是最强的。
这意味着即便铜酸盐不太可能达到室温超导性，但它可能包含某些在寻找一种能的材料中的线索。
斯坦福大学物理学教授、资深作者沈志勋在声明中说，“我们的发现开辟了一条潜在的丰富的前进新道路。我们计划在未来研究这种配对的间隙来帮助用新方法工程超导体。一方面我们计划用类似的实验方法来获得这种非相干配对的状态的进一步探究。另一方面，我们要找到来操纵这些材料到也许哄引这些非相干配对成同步化的方式”
。
https://www.livescience.com/physics-mathematics/quantum-physics/physicists-find-superconductor-behavior-at-temperatures-once-thought-impossible
