科学家解密：铜氧化物高温超导体量子机制如何运作？

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铜氧化物是一种在常压环境下超导临界温度高达140K的超导材料，但其中机制如何运作？这促使全球超导科学家投入研究。
铜氧化物是一种在常压环境下超导临界温度高达140K的超导材料，但其中机制如何运作？这促使全球超导科学家投入研究。维也纳工业大学物理学教授 Neven Barišić团队现在提出一系列非凡的新见解，也许能深刻改变我们对高温超导材料的认知。
每个电子设备都存在电阻，但偏偏科学家发现了一种恰好可以零电阻传导电流的材料，称为超导体（superconductor），其两个最重要的特性，是在特定温度下呈现“零电阻”与“完全抗磁性”，而超导体电阻转变为零时的温度称为“超导临界温度”，可依此再将材料分为低温超导体和高温超导体。
科学家下一步伟大科学突破，就是找出令人震惊无比的高温超导材料，它们将带来广泛全新应用，包括磁浮列车、医学成像技术等。
高温超导体（High-temperature superconductors）也被称作铜氧化物（cuprate）超导体，最早由瑞士物理学家卡尔·米勒、德国物理学家约翰内斯·贝德诺尔茨于实验中发现；1987 年，台湾物理学家吴茂昆、朱经武发现钇钡铜氧（YBCO）超导体（YBa2Cu3O7-δ Tc~92K），将超导临界温度提高到 90K 以上，不只突破过去液氮的 77K 温度壁垒，也突破了自 1911 年后 70 多年的物理学研究瓶颈，一举划出低温超导体与高温超导体分水岭。
但科学家真正的研究挑战，是了解高温超导体内部量子效应。
现在维也纳工业大学物理学教授Neven Barišić团队证明，铜氧化物中存有 2 种根本性质完全不同的载子（charge carrier），超导特性就取决于两者之间微妙的相互作用：一种载子坐镇在原子特定位置，只有当材料被加热时才能移开；而另一种载子可以自由移动，从这个原子跳到另一个原子上，后者最终带出超导特性。
Neven Barišić 解释，固定载子与移动载子控制着材料系统，前者俨然充当“胶水”，将移动载子结合成库柏对（Cooper pair），一旦配对，载子就会变成超导状态，让材料可以零电阻传输电流。
移动载子与固定载子必须有微妙的平衡，任何一方太少都无法顺利配对，也就无法带出超导特性。该团队提出了铜氧化物逐步出现的现象，为寻找新超导体提供了新方向。新论文发表在《科学前缘》（Science Advances）期刊。

小鑫鑫

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