晶格量子无序揭示了超导「左翼」的秘密

来自北京大学的中国物理学家在超导体中发现了一种新相，它与材料在温度—压力相图「左翼」上突然开始无阻导电的边界完全吻合。

研究人员朱宇成、曾家熙和李新正表明，这一相——晶格量子无序——源于原子核的量子涨落。与通常把主要作用归于电子的模型不同，这里的关键在于晶格本身的行为。

科学家采用分子动力学中的路径积分方法，以考虑原子核的量子本质。计算揭示了压力—温度相图上的一个三角形区域，其中晶格依靠量子效应保持无序。该区域的左边界与超导起始温度相吻合。

该效应在含镍材料中表现得尤为明显。当氢被氘取代时，量子相的边界发生移动，而超导的最高温度从220开尔文降至160开尔文。这证实了核涨落与电子配对机制之间的直接联系。

这一发现改变了对高温超导的认识：现在必须将其视为电子与晶格的共同量子态。此前构建结构相图时未考虑原子核的多体效应，从而导致预测不准确。

新相为寻找具有更高超导温度的材料提供了方向，并解释了为什么在超导穹顶的「左翼」超导性会骤然中断。