探索超导现象又有新线索!科学家发现新型物质态的存在证据

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探索超导现象又有新线索!科学家发现新型物质态的存在证据
麻省理工科技评论 2017年12月31日

2017年12月31日

超导体是一种一旦冷却到临界温度以下,电子就可以无阻通过的特殊材料。
物理
超导体是一种一旦冷却到临界温度以下,电子就可以无阻通过的特殊材料。

海德堡大学(Heidelberg University)的研究人员利用超冷原子发现了一种异物质态,其特征为组成粒子会在被限于二维空间时发生配对。这一量子物理学领域的发现可能为超导现象研究提供了新的重要线索。该研究结果已发表在 Science 上。

超导体是一种一旦冷却到临界温度以下,电子就可以无阻通过的特殊材料。目前,可被用来制成超导体的材料所需的超导临界温度非常高,另外,我们对它们的本质也知之甚少。但有证据表明,为了发生超导现象,某种类型的粒子(费米子)必须配对。而且还有研究显示,在较高温度下具有超导体特性的材料具有分层结构。负责该项目的海德堡大学物理研究所的 Selim Jochim 教授说:“这意味着这些系统中的电子只能在二维平面上移动。但直到现在我们还不了解的是,配对和维度的相互作用是如何导致更高的临界温度的。”

为了解决这个问题,量子动力学中心的研究人员进行了一些实验。在这些实验中,研究人员使用聚焦激光束在二维陷阱中限制了一个超冷原子气体。海德堡大学量子动力学中心的学生、论文的主要作者之一 Puneet Murthy 博士说:“在氧化铜这样的固态材料中,存在着许多不同的效应和杂质,这会让材料变得难以研究,这也正是我们使用超冷原子来模拟电子在固体中行为的原因,因为这能创建非常干净的样品,使我们能够完全控制基本的系统参数。”

研究人员利用射频波谱技术测量了原子对无线电波脉冲的反应。在测量过程中,研究人员可以准确地确定颗粒是否已经配对,以及其配对方式。这些测量同时也是针对费米子之间不同强度的相互作用。在实验过程中,研究人员发现了一种异乎寻常的物质状态。理论上来说,具有弱相互作用的费米子应该在超导的温度下配对。然而,当科学家增加费米子之间的相互作用时,他们发现配对在比临界温度高几倍的温度下发生。

Selim Jochim 教授说:“为了达到我们的最终目标,即更好地理解这种现象,我们将从最小的系统——也就是原子——开始着手。”

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