在电子通常相互碰撞并损失能量的世界里,超导体却能让电子无电阻地运动。但在二碲化铀中,科学家发现了意想不到的现象:即使材料失去超导态之后,有序的电子对波依然存在。
超导性出现在极低温度下,此时电子形成库珀对,并无损耗地穿过晶格。在普通材料中,这些电子对严格在相变时出现。然而在二碲化铀中——它在低于2,1开尔文时成为超导体——库珀对会形成重复的空间图案,即配对密度波。
这类波早在2007年就已被预言,但一直没有直接证据证明它们存在于超导相之外。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员使用了带矢量磁场的扫描隧道显微镜以及高质量的材料样品。他们记录到了特征电子模式,这些模式对温度和磁场的响应方式,恰恰与配对密度波理论的预言相符。
最令人惊讶的是:这些模式在明显高于超导临界点的温度下依然存在。物理学家爱德华多·弗拉德金将它们比作柴郡猫的微笑——即该相本身消失后留下的痕迹。这并不意味着材料在更高温度下仍是超导体,但表明库珀对可以以有组织的形式独立于基态而存在。
二碲化铀还因被视为罕见的自旋三重态超导体而引人关注:其中的电子对具有自身的磁取向。对配对密度波的观测有助于理解这类不寻常的电子对究竟如何形成,以及它们为何表现得与经典超导体中的电子对不同。
这一发现使物理学家更接近揭开非常规超导机制的谜底,并可能为制造在更高温度下工作的材料指明道路。理解这些中间态对于未来技术——从节能电网到量子计算机——十分重要。
配对密度波表明,超导并非简单的开启或关闭,而是一个具有中间阶段的复杂过程,而这些阶段如今可以被直接研究。

