在元素周期表中,铋是看起来最奇怪的元素之一,但是它的内在性质却更加奇怪。科学家发现,在非常接近绝对零度(-273.15摄氏度)下,即0.00053开尔文(1摄氏度=274.15开尔文),铋会变成超导体(其电阻完全消失,电流可以在期间无损耗的流动)。这个发现使现有的超导理论处于危险境地。
自发现超导以来,为什么在低温下某些金属的电阻会消失一直是个谜题,直到1957年,巴丁、库珀和施里弗提出BCS理论(获得了1972年诺贝尔物理学奖),其微观机理才得到一个令人满意的解释。BCS理论认为移动电子会形成“电子对”,在晶格中可以无损耗的运动,就会形成超导电流。
根据BSC理论,超导材料中应该具有丰富的自由流动的移动电子,也就是说如果要呈现出超导性,每个原子就需要有一个移动电子。但是在铋中,每10万个原子中只有一个移动电子。由于载流子密度(即单位体积的电子数量)是如此之小,科学家并不认为铋会变成超导体。
除了这个事实外,铋在室温下具有非常高的电阻,它的热导率要比任何金属(除了水银)都要低。科学家在过去几十年中一直尝试发现在铋是否具有超导性,但这并不是一件容易的事情。即使科学家把铋冷却至非常低的温度(低至0.01开尔文),依然没有发现铋显示出任何超导性,因此在20年前科学家就放弃了这样的尝试。
但是总有人有着不放弃的精神,Ramakrishnan和他的团队就是这群人,它们继续尝试,当他们把温度降低至0.00053开尔文,科学家苦苦追寻的超导现象发生了。他们的发现却使我们不得不怀疑BCS理论的可靠性,因为金属并没有足够的电子可以使他们配对,但为什么还可以产生超导性?尽管科学家已经在这一领域付出了巨大努力,但是我们对超导现象的理解依然不够,我们需要一个新的机制来解释这一新发现。