1986年，在铜基陶瓷材料——铜氧化物——中发现超导性，颠覆了物理学家的认知。转变为超导态的转变温度骤然升至此前极限的数倍之高，而解释这一现象为晶格振动的惯常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，并与来自中国、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中，例如镧铈铜氧，电子正是通过与自旋涨落——原子微小磁矩的快速涨落——的相互作用而形成配对。
为了证明这一点，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。光刻接触点使得能够在不同转变温度值下测量电阻，同时保持相同的无序水平。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。自旋涨落就是来自邻近者的突然“推挤”，在普通金属中它们阻碍运动，但在铜氧化物中它们帮助电子“结合”成对并实现无损耗运动。正是这种联系，而非离子振动，被证明是决定性的。
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。
