與傳統超導材料相比，高溫超導體在溫度高得多的條件下，承擔著零電阻導的電。自從30多年前被發現以來，由於其在磁懸浮列車和長距離電線等技術上具有革命性的潛力，使得人們對高溫超導體產生了極大的興趣，但是科學家們仍然不明白高溫超導體的原理是什麼。其中一個謎團是，電荷密度波（在材料中運行的電子密度高低的靜態條紋）已經在高溫超導體的主要家族之一銅基銅酸鹽中發現。
但這些電荷條紋是增強超導性，抑制超導性，還是起到了其他作用？在獨立研究中，兩個研究小組報告了在理解電荷條紋如何與超導相互作用方面取得的重要進展。這兩項研究都是在美國能源部SLAC國家加速器實驗室用x射線進行的。在發表於《科學進展》期刊上的研究論文中，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(UIUC)研究人員利用SLAC的Linac相干光源(LCLS) x射線自由電子雷射器，觀察了銅超導體中電荷密度波的波動。
用傳統雷射的脈衝幹擾電荷密度波，然後使用x射線共振非彈性散射(RIXS)，觀察這些波在幾萬億分之一秒內的恢復，這個恢復過程遵循一個普遍的動態縮放定律：在所有的尺度上都是相同的，就像分形圖案在放大或縮小時看起來是一樣的。有了LCLS，科學家們第一次能夠精確地測量電荷密度波波動的距離和速度。令人驚訝的是，研究小組發現，波動並不像鈴聲或蹦床的彈跳；相反，它們更像是糖漿的緩慢擴散：一種在固體中從未見過的液晶行為的量子模擬。
美國伊利諾伊大學香檳分校彼得·阿巴蒙特教授團隊的博士後研究員馬泰奧·米特拉諾(Matteo Mitrano)說：我們在LCLS的實驗建立了一種研究電荷密度波波動的新方法，這可能促使對高溫超導體如何工作的新理解產生。這個團隊還包括來自史丹福大學、美國國家標準與技術研究所和布魯克海文國家實驗室的研究人員。發表在《自然通訊》上的另一項研究，利用史丹福大學同步加速器輻射光源的x射線，發現了兩種電荷密度波的排列方式，在這些波與高溫超導之間建立了新的聯繫。
在SLAC科學家李俊錫(Jun-Sik Lee)的帶領下，研究小組利用共振軟x射線散射(RSXS)來觀察溫度如何影響銅超導體中的電荷密度波。這解決了之前實驗數據的不匹配問題，並為全面繪製這些奇異超導材料中電子行為的圖譜開闢了新道路。相信，探索新的或隱藏排列方式，以及它們相互交織的現象，將有助於我們對銅酸鹽高溫超導性的理解，這將為研究人員設計和開發在更高溫度下工作的新超導體提供信息。
博科園｜研究/來自：SLAC國家加速器實驗室參考期刊《科學進展》DOI: 10.1126/sciadv.aax3346博科園｜科學、科技、科研、科普