陳根：第五種物質形態，成功製造新型超導體

2020-11-11 陳根

文/陳根

超導材料，指在某一溫度下，電阻為零的導體。此外，超導體不僅具有零電阻的特性，還具有完全抗磁性。

自1911年超導材料發現後，就得到了科學家們的重視和研究。當前，強大的超導電磁鐵已經是磁浮列車、磁共振成像（MRI）和核磁共振（NMR）機器、粒子加速器和其他先進技術的關鍵部件，包括早期的量子超級計算機。

超導體作為一種電流流動不受任何阻力的材料，顯然對未來的電子學極為有用。現在，東京大學的工程師們成功地用一種叫做玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC）的物質狀態製造出一種超導體，值得一提的是，這也是有史以來第一次。

物質在人們的日常生活中有三種被熟知的狀態：固體、液體和氣體。物質的第四種狀態則是等離子體，等離子體就像一種氣體，它的所有組成原子都被分解了，留下了一堆超熱的亞原子粒子。

但在四種狀態之外，卻還存在人們不太熟悉包括科學家們仍在了解和探究的物質第五態，即玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC）。

玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC）是一種獨特的物質狀態，因為它並非由粒子組成的，而是由波組成的。當它們冷卻到接近絕對零度時，某些物質的原子會在太空中變得模糊。這種塗抹會增加，直到原子（現在更像是波而不是粒子）重疊，變得彼此無法區分。由此產生的物質表現得就像是一個具有先前固態、液態或氣態所缺乏的新性質的單一實體，例如超導。

一直以來，超導BEC還只是理論上的，但現在，在新的研究中，東京的研究人員已經展示了玻色-愛因斯坦凝聚態的超導性——這是以前從未在實驗中得到驗證的。這一成果是通過用鐵和硒原子云製造玻色-愛因斯坦凝聚態來實現的。

這一發現的關鍵來自於與一種類似形式的物質的重疊，這種物質被稱為Bardeen-Cooper-Shrieffer（BCS）體系。玻色-愛因斯坦凝聚態，BCS也是通過將原子云幾乎冷卻到絕對零度而形成的，但這裡的不同之處在於，當它們這樣做時，原子會放慢速度並排成一排。這意味著電子可以更容易地通過它們，從而實現超導性。

研究人員表示，展示BECs的超導性只是達到目的的一種手段，他們希望能夠探索到BECs和bcs之間的重疊，儘管這非常具有挑戰。

雖然這一發現對於普通大眾來說並沒有任何直接的應用，但加深人們對這一現象的理解只會幫助科學家在未來創造出更好的超導體。這反過來又可以帶來更快、更高效的電子產品。

該研究已發表在《科學進展》雜誌上。

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