物理学家开辟了通向奇异形式超导的新途径

来源：互联网　2023-08-09 15:56:30

物理学家已经确定了一种形成振荡超导性的机制，称为对密度波。《物理评论快报》发表了这一发现，为某些材料(包括高温超导体)中出现的非常规高温超导状态提供了新的见解。

“我们发现，被称为范霍夫奇点的结构可以产生超导的调制、振荡状态，”埃默里大学物理学助理教授、该研究的资深作者路易斯·桑托斯说。“我们的工作为理解这种行为的出现提供了一个新的理论框架，这种现象目前还没有得到很好的理解。”

(资料图片)

该研究的第一作者是埃默里大学物理学研究生佩德罗·卡斯特罗。共同作者包括桑托斯小组的博士后丹尼尔·谢弗(Daniel Shaffer)和斯坦福大学的吴一鸣(Yi-Ming Wu)。

这项工作由基础能源科学办公室资助。

桑托斯是一位专门研究凝聚态物理的理论家。他研究量子材料(原子、光子和电子等微小物体)的相互作用，这些材料的行为不符合经典物理定律。

超导性，或者某些材料在冷却到超低温时能够导电而不损失能量的能力，是有趣的量子行为的一个例子。这种现象于 1911 年被发现，当时荷兰物理学家 Heike Kamerlingh Onnes 证明，汞在冷却至 4 开尔文或负 371 华氏度时会失去电阻。这大约是太阳系最冷行星天王星的温度。

直到 1957 年，科学家们才对超导如何以及为何发生产生了解释。在正常温度下，电子或多或少地独立漫游。它们撞击其他粒子，导致它们改变速度和方向并耗散能量。然而，在低温下，电子可以组织成新的物质状态。

“它们形成对，结合在一起形成一个集体状态，表现得像一个单一的实体，”桑托斯解释道。“你可以把他们想象成队中的士兵。如果它们单独移动，就更容易偏转。但当他们齐头并进时，要破坏他们的稳定就困难得多。这个集体国家以强有力的方式承载着潮流。”

超导具有巨大的潜力。从理论上讲，它可以允许电流通过电线，而不会加热电线或损失能量。这些电线可以传输更多的电力，效率更高。

“物理学的圣杯之一是室温超导性，它对于日常生活应用来说足够实用，”桑托斯说。“这一突破可能会改变文明的形态。”

许多物理学家和工程师正在这一前沿工作，以彻底改变电力的传输方式。

与此同时，超导已经找到了应用。超导线圈为用于医疗诊断的磁共振成像 (MRI) 机器中的电磁体提供动力。目前，世界上有一些磁悬浮列车正在运行，它们采用超导磁体，其强度是普通电磁体的 10 倍。当匹配的磁极彼此面对时，磁铁会相互排斥，产生能够悬浮并推动火车的磁场。

大型强子对撞机是科学家用来研究宇宙基本结构的粒子加速器，是贯穿超导技术的另一个例子。

超导性不断在更多材料中被发现，其中包括许多在较高温度下具有超导性的材料。

桑托斯研究的重点之一是电子之间的相互作用如何导致超导形式，而 1957 年的超导描述无法解释这种形式。这种所谓的奇异现象的一个例子是振荡超导，当成对的电子以波的形式跳舞时，振幅就会发生变化。

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