聲子是應變超導體的關鍵

什麼是聲子？

在固體物理學的概念中，結晶態固體中的原子或分子是按一定的規律排列在晶格上的。晶格振動的能量是量子化的，這種能量量子被稱為聲子。

聲子是凝聚態物質中原子（或分子）振動的集體激發，常用來描述晶格振動的一種準粒子。

什麼是超導體？

超導體又稱為超導材料，指在某一溫度下，電阻為零的導體。在實驗中，若導體電阻的測量值低於10-25Ω，可以認為電阻為零。

超導體的特性？

我們知道普通導電材料都有電阻，但超導體電阻為零，這樣使用超導材料做成的電線，電流將永遠循環下去，不會有任何損耗。

超導體有完全抗磁性，又稱邁斯納效應，「抗磁性」指在磁場強度低於臨界值的情況下，磁力線無法穿過超導體，超導體內部磁場為零的現象

超導為什麼在我們日常生活中接觸不多？

目前科學家發現的超導材料都需要在很低的溫度或者或很高的壓強下才能成為超導。科學家們還在尋找常溫或接近常溫條件下的超導體。

2001年，研究人員發現，二硼化鎂(MgB2)在零下234攝氏度時是超導的。2019年科學家將一個極小的超氫化物鑭 (或LaH10)樣本，壓縮到接近地核的壓力（190GPa），將溫度維持在-13攝氏度時，該材料有了超導特性。

BCS 理論與聲子

超導現象於1911年發現，但直到1957年，巴丁、庫珀和施裡弗提出BCS理論，其微觀機理才得到一個令人滿意的解釋。它提出，金屬中自旋和動量相反的電子可以配對形成所謂「庫珀對」，庫珀對在晶格當中可以無損耗的運動，形成超導電流。

電子間的直接相互作用是相互排斥的庫倫力。如果僅僅存在庫倫力直接作用的話，電子之間是不能相互吸引的，不能相互配對，但電子間還存在以晶格振動（聲子）為媒介的間接相互作用：電聲子交互作用。當電子間的這種相互作用在滿足一定條件時，可以是相互吸引的，正是這種吸引作用導致了「庫珀對」的產生。

聲子特性的新發現

在RuO2薄膜中，科學家發現襯底誘導的應變產生了一種能促進超導電性的聲子。

最近的技術進步使得研究人員能夠製造出非常高質量的，薄的，金屬氧化物薄膜，這推動了一些實驗微觀方面的發展。通過實驗，科學家發現在大約30nm厚的氧化釕（RuO2）層中的超導行為，但只有當它生長在一個適當取向的二氧化鈦（TiO2）襯底上時。現在，東京大學的Masaki Uchida和他的同事已經確定了這種行為。他們的發現可能為在其他金屬氧化物薄膜中誘導超導性提供了一個起點。

當在具有不同晶格參數的襯底上生長金屬氧化物薄膜時，失配產生的應力使薄膜原子間的鍵變形。實驗發現，這一過程可以促進RuO2的超導性，但其背後的機制尚不清楚。為了進行研究，東京團隊在TiO2襯底或氟化鎂（MgF2）襯底上生長具有不同晶體取向的RuO2薄膜，然後在薄膜冷卻到0.4 K時測量RuO2的電導率。

研究小組發現只有一個樣品變成了超導體，它生長在特定取向的TiO2上的RuO2薄膜，在1.7K下開始超導。在該樣品中，晶格失配擠壓了RuO2晶體結構中的一個特定金屬氧鍵。通過密度泛函計算，研究人員發現這種鍵的縮短降低了聲子沿單位細胞長軸移動的頻率。眾所周知，這種「軟」聲子會使離子晶格變形，通過創造電子配對和無電阻傳播所需的電子環境來促進RuO2中的超導電性。但是，研究人員說，為什麼聲子在這個特定的方向上移動如此重要，仍然不清楚。