世界不思議

美科學家發現新類型超導現象


目前科學家已經發現的超導材料主要有兩個類型,分別是s波和d波超導。美國康奈爾大學(Cornell University)的研究人員發現一種全新的g波超導材料。

電子在超導體內以「庫珀對」的方式運動。這些電子對,使得材料呈現零電阻特性,即實現了超導。因為要產生電阻,必須拆開這些電子對,這需要能量。

傳統的超導材料多是s波超導,比如鉛、錫和汞。裡面的庫珀對由一個上旋和另一個下旋的電子組成,兩個電子相向運動,淨角動量為零。近幾十年,出現了一種新材料,庫珀對具有兩個單位的角動量,科學家稱其為d波超導。

另外,物理學家從理論上推測還應該存在一種p波超導,描述為「存在一個角動量,而且電子對以平行方式配對」。如果發現這種材料,研究者稱將是超導和量子計算機領域的突破,因為它可用於創造「馬約納拉費米子」。馬約拉納粒子是準粒子(具有粒子的特性,但不是真正的粒子)中的一種,其反粒子就是它的本身。

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在過去二十年來,科學家認為釕酸鍶(Sr2RuO4, Strontium Ruthenate)是p波超導體的一種很有希望的候選材料。

康奈爾大學研究組利用高分辨率共振超聲波譜技術(Resonant Ultrasound Spectroscopy),探測釕酸鍶希望證明p波超導,結果他們卻發現了全新類型的g波超導。

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在接近1開爾文的低溫條件下,研究人員從實驗數據中發現,釕酸鍶材料是「雙元件超導」,即電子對以複雜的方式綁定,不能用單一數字描述,還要加上方向性。這說明它不可能是s波或d波超導。

研究者又結合了核磁共振光譜探測(nuclear magnetic resonance spectroscopy)的數據,排除了它是p波超導的可能性。

研究負責人蘭肖(Brad Ramshaw)說:「利用共振超聲技術可以探測材料內部,即使不能知道所有的微觀細節,但是可以排除一些可能性。」

現在,研究人員計劃用這種方法探查其它材料是否存在p波超導。

這份研究發表在《自然-物理學》(Nature Physics)期刊上。

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