研究人员利用雷射催生室温超导体

longma668

超导体

(superconductor)技术升温！正与美国国家加速实验室(National Accelerator Laboratory)合作的一个跨国工程师团队，发现

雷射

能在140°F (60℃)温度下建立超导条件，如果研发顺利，从电力供应网络到便携式电子产品等任何东西，都有可能在运作速度大幅提升的同时又不会有发热的问题。

自从德国物理学家Heike Kamerlingh Onnes在1911年发现超导现象之后，世界各国的科学家、研究人员与工程师们都期望能找到制作室温超导体的方法；数年来，许多材料都被发现能在较高温度下产生超导电性，不然就是需要降低到90开氏(Kelvin)温度(-297°F / -183℃)。

而现在位于美国加州的SLAC (原名为史丹佛线性加速实验室)国家加速实验室的研究人员，发现利用雷射能稍微移动原子的位置，建立临时性的校准(alignment)，以产生具备超导电性的皮秒脉冲(picosecond pulse)；现在研究人员正在寻找延长该脉冲的方法。

来自德国马克斯普朗克协会物质结构与动态研究所(Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter)的Roman Mankowsky表示：“我们的目标应该是将该皮秒脉冲扩展为直流(DC)，才能将它推向实际应用；”他表示，利用其他材料已经可能利用光学脉冲将绝缘体切换为金属态(metallic state)。

经过了长达一世纪的研究，科学家仍然在争论为何超导体具备零电阻；而上述成员来自德国、瑞士、法国、英国等地数所大学与研究机构的研究团队，正在实验材料晶格内原子的相位校准。Mankowsky指出：“我们最乐观的预期，是能了解如何建立稳定的室温超导体，而且在这种不均衡状态下，不需要来自结构修正的任何雷射激发以及其他竞争相位的动力。”

雷射能让常见的钇钡铜氧化物高温超导材料内的氧原子(红色)，在仅两个分子厚度的氧化铜(蓝色)之间振动，因此产生超导电性（来源：Jorg Harms，Max Planck Institute for the Structureand Dynamics of Matter）

研究人员以雷射校准钇钡铜氧化物(yttrium barium copper oxide，YBCO)高温超导体的晶格结构，然后观察到利用SLAC实验室直线加速器同调光源(Linac Coherent Light Source，LCLS)的X光进行之晶格校准所导致的原子实际位置变化，其中铜与氧原子的位置移动，产生了呈现超导电性的完美相位校准皮秒脉冲。

Mankowsky表示，这个实验所跨出的一大步，是发现了能解释非线性晶格效应(nonlinear lattice effects)的理论，且与实验结果非常吻合；研究人员能利用该理论来判定能透过不同激发(excitation)与材料所能达成的特定晶格变化，来设计新的实验。

大致说来，Mankowsky对于利用这种非线性晶格控制技术，找到切换材料之宏观状态(macroscopic state)的方法非常有兴趣──这种方法能应用在数据储存或电子组件相关应用。不过在达成DC运作以及实际应用之前，研究人员还需要了解如何延长雷射所产生的皮秒等级超导状态，并让材料在不需要过度冷却的情况下保持稳定状态校准。
要达成以上目标，研究人员需要拓展其理论并小心观察材料的不同相位；他们已经着手进行一系列不同高温超导体的量测实验。Mankowsky表示，在实验之后，研究团队正在寻找对该状态有更深入了解、并让状态维持更长时间的方法。

“在铜氧化物材料(例如YBCO)中会有一些竞争次序(competing order)，例如电荷密度波(charge density wave)次序；而我们仍不能完全掌握虚能隙(pseudogap，只会在特定条件下展开的能隙)是否会是影响因素之一。”Mankowsky表示，研究团队正在设计相关实验，以了解那些竞争次序的动态。