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高温超导30年,新技术或将攻破未解之谜

DeepTech深科技  · 公众号  · 科技媒体  · 2017-01-13 21:30

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“所有的高温超导体都具备一种特殊性质: 在进入超导状态之前,它们都会先进入赝隙状态 。赝隙状态下的物质性质和超导同样神秘”。加州理工大学该项研究的首席研究员David Hsieh说,“我们已经发现, 在赝隙状态下,物质内部电子进入一个非常不寻常的排序模式,并且打破了空间的对称性 。这一发现成为我们探索物质赝隙状态的重要线索,并且让我们对高温超导体的工作原理有了新的理解。”


David Hsieh通过将激光束射向仪器测量来对电子活动进行测量


自1911年物理学家首次发现超导现象以来,为了达到材料的临界温度,需要使用液氦作为冷却剂。然而苦于液 的稀少及其价格高昂,物理学家一直在寻找可以在更高温度下成为超导体的材料。


1986年至今发现的所谓的高温超导体,其工作环境已经高达138(零下135摄氏度)开氏度,因此可以使用比液氦更便宜的液氮冷却。尽管超导领域已经获得了三个诺贝尔奖,但是物理学家依然不了解高温超导的机制。


超导电子的共舞


材料变成超导体的过程就是其内部电子克服其斥力配对的过程 。这些配对可以在极低环境下发生,并且允许电子和它们所携带的电流不受阻碍地定向移动。在常规超导体中,电子配对由超导材料晶格中的自然振动引起,其作用就如同胶水将电子对束缚在一起。


但是在高温超导体材料中,这种形式的“胶水”并不足以强到可以将电子对束缚在一起,研究人员认为, 赝隙状态,以及电子在该状态下如何排列,都是理解高温超导体材料的关键性因素。





为了研究赝隙状态下电子是如何排列的,Hsieh和他的团队发明了一种新的基于激光的方法,称为 非线性光学旋转各向异性法 。在该方法中,当激光射向超导材料(钇钡铜氧化物)时,通过对比分析反射回来的经历半波损失后的波场信息,进而揭示材料晶体中电子排列的对称性。



打破的对称性带来科学新思路







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