又發現超導體中的新性質:電荷漲落!超導科學將迎來新突破?

2020-12-04 博科園

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超導優異性能的應用無疑我們所夢寐以求的，然而要做到這一點，線路必須冷卻到非常低的溫度，以至於目前大規模使用超導體是不經濟的，也不現實。因此，在世界各地的實驗室中，科學家們正在尋找新的超導材料，新的超導材料可以在不那麼令人望而卻步的溫度下發揮作用。希望寄托在所謂的銅酸鹽，銅和氧基化合物，也被稱為高溫超導體，科學界正在集中精力研究。

一項實驗在歐洲同步輻射設施(ESRF)(歐洲同步輻射設施)進行，該設施是歐洲同步加速器產生的光源，在格勒諾布爾，由米蘭理工大學物理系與來自國家研究理事會、羅馬薩皮恩扎大學和哥德堡查爾默斯技術大學的研究人員協調進行，揭示了這些材料的一個新性質：存在各種電荷密度波，稱為動態電荷密度漲落。其研究成果已經發表在《科學》期刊上，這些波動似乎不會干擾超導；相反，它們會影響所謂「正常」狀態下的電阻，即在高於超導臨界溫度的溫度下。

知道這些電荷漲落的存在，並不能解決超導的關鍵之謎。然而，它使我們能夠解釋銅酸鹽的另一種奇怪行為：與傳統金屬具有不同的電阻這一事實。此外，這種新的「成分」可能在解釋超導性方面起決定性作用，無論這一假設在未來如何得到驗證。此前研究發現，在許多情況下，銅酸鹽的超導電性被負載密度波抵消，負載密度波部分阻礙了銅酸鹽中電子沒有電阻的傳輸，而沒有完全停止。這增加了我們對這些特殊材料的知識，對於能夠生產出在環境溫度或環境溫度附近發揮作用的超導體必不可少，這現在是一個關鍵的技術和科學挑戰。

使這種觀察成為可能的實驗是在ESRF歐洲同步輻射設施使用RIXS技術進行，RIXS技術分析了所研究材料的首選X射線擴散方向。在銅酸鹽超導體相圖中許多相互交織的相中，電荷密度波(CDW)順序已經在所有主要的銅酸鹽家族中被檢測到，人們認為CDW與超導相競爭，但它是否與超導機理有關尚不清楚。對銅酸鹽家族中不同摻雜和溫度的電荷密度漲落進行了全面研究。發現，在相圖的很大一部分中存在短程動態電荷漲落，其溫度遠遠高於CDW有序消失的溫度。

博科園｜研究/來自：米蘭理工學院參考期刊《科學》DOI: 10.1126/science.aav1315博科園｜科學、科技、科研、科普

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