1986年，在铜基陶瓷材料——铜氧化物——中发现超导现象，颠覆了物理学家的认知。向超导态转变的温度骤然升至以往极限的数倍之高，而曾以晶格振动解释该现象的惯常BCS理论不再适用。
由拉德堡德大学及HFML-FELIX的奈杰尔·哈西教授领导，并与中国、英国和美国的同事合作的国际团队终于找到了关键机制。研究人员表明，在电子掺杂的铜氧化物（如镧铈铜氧化物）中，电子正是通过与自旋涨落——原子微小磁矩的快速振荡——的相互作用而形成配对。
为证明这一点，科学家们制备了一种特殊的薄膜，其临界温度沿长度方向呈平缓梯度。光刻接触点使得在保持相同无序水平的情况下，能够测量不同转变温度下的电阻。对强磁场中数据的分析揭示：电阻的主要来源是电子在涨落自旋上的散射，而这种相互作用的强度与超导温度直接相关。
这个类比很简单：把电子流想象成地铁里的人群。自旋涨落就像是来自邻人的突然“推搡”，在普通金属中它们阻碍运动，但在铜氧化物中却帮助电子“咬合”成对并无损耗地运动。正是这种联系，而非离子的振动，起到了决定性作用。
然而，这项工作还揭示了第二个迄今未知的“成分”。即使增强与自旋的相互作用，也无法达到在其他铜氧化物家族中观察到的创纪录温度。寻找缺失的因素如今成为理论家的首要任务。
研究结果发表在《Nature Physics》上，使高温超导体能够在无需昂贵冷却即可达到的温度下工作的时刻更近了一步。这将为超高效输电线路、用于医学的强力磁体以及未来的量子技术开辟道路。
