高温超导电性形成机理的一次新突破

作者: Alfredo Carpineti

来源: IFLScience

发布日期: 2016-03-22 17:46:23

中科院物理研究所的周兴江研究组与国际团队合作,通过实验验证了Chandra Varma教授的高温超导理论,这一突破性成果发表在Science Advances上,为超导技术的实际应用提供了新的方向。

高温超导电性将要给我们的世界带来彻底的改变。尽管在技术上还有很长的路要走,但现在一个关键性的高温超导理论已经被证实了。这或许会大大缩短超导应用到现实的距离。某些材料被冷却到一个临界温度以下后,它们将变成超导体。超导体可以无阻碍地传导电流,主要即是因为形成电子对的电子之间互不相斥,从而可以不损耗能量穿过材料内部。

普遍认为低温下固体材料中两个电子之间通过某种媒介相互作用产生吸引并形成电子对是驱动超导转变的原因,是实现材料零电阻以及超导抗磁性的关键。但是有别于传统超导材料,高温超导材料中两两电子组成电子对的媒介相互作用一直是个未解之谜。

早在1989年国际知名理论物理学家Chandra Varma教授就这一问题首次提出高温超导电子配对是由材料中周期排列的不同原子间电荷转移形成的内生“环形电流”周期阵列的量子涨落和电子发生关联带来的,而且于2003年完成这一理论的数学理论框架并对实验有明确指导和独特的预言。

最近北京的超导国家重点实验室(中科院物理研究所的)周兴江研究组经过长达七年的积累,运用自主研发的具有自主知识产权的国际最先进深紫外激光角分辨光电子能谱仪进行了这个实验。

并和Chandra Varma教授以及韩国科学家一道利用深紫外激光高精度测量并获得了不同温度,不同动量坐标上高精度高可靠的最佳掺杂附近区域Bi2212单晶ARPES能谱,结合由Eliashberg理论为基础自主开发的超导态准粒子自能函数ARPES能谱自洽数值分析方法,国际上首次系统性地成功提取出了该高温超导体在不同动量方向,不同温度超导态正常通道以及配对通道的准粒子自能函数。

并以之成功验证了Varma的理论。这一重要成果被发表在了最近一期Science Advances上。

不过所有超导材料的超导转变温度还是显著的低于摄氏零度的。即使是最“热”的超导体也仍然需要至少冷却到摄氏零下七十度左右。但科学家们相信他们的研究对发展室温超导体是有帮助的。科研需步步深入,经验要点点积累,未来将会有更多更有效的技术去减少热量损耗,去实现更快速的电力运输,以及去获得更先进的科学和医疗设备。

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