晶格量子無序揭示超導「左翼」之謎

來自北京大學的中國物理學家在超導體中發現了一種新相，它恰好對應於材料在溫度—壓力相圖的「左翼」上突然開始無電阻導電的邊界。

研究人員朱宇成、曾嘉熙和李新正表明，這一相——晶格量子無序——源於原子核的量子漲落。與通常將主要作用歸於電子的模型不同，在這裡，晶格本身的行為才是關鍵。

科學家採用了分子動力學中的路徑積分方法，以考慮原子核的量子本性。計算揭示出壓力—溫度相圖上的一個三角形區域，晶格在其中藉助量子效應維持無序。該區域的左邊界與超導起始溫度相吻合。

該效應在含鎳材料中表現得尤為明顯。當氫被氘取代時，量子相的邊界發生移動，而超導的最高溫度從220開爾文降至160開爾文。這證實了核漲落與電子配對機制之間的直接聯繫。

這一發現改變了人們對高溫超導的認識：如今必須將其視為電子和晶格的共同量子態。此前，結構相圖的構建未考慮原子核的多體效應，從而導致預測不準確。

新相為尋找具有更高超導溫度的材料提供了指引，並解釋了為何在超導穹頂的「左翼」，超導性會急劇中斷。