超導性的幽靈:二碲化鈾的配對密度波

编辑者: Svitlana Velhush

在電子通常會相互碰撞並損失能量的世界裡,超導體卻能讓電子無電阻地運動。然而,在二碲化鈾中,科學家發現了意想不到的現象:即使材料失去超導態之後,電子對的有序波依然持續存在。

超導性在極低溫度下出現,此時電子形成庫珀對,並無損耗地穿過晶格。在普通材料中,這些電子對嚴格地在相變時出現。然而,在二碲化鈾中——它在低於2,1克耳文時成為超導體——庫珀對形成了重複的空間圖案,即配對密度波。

這類波早在2007年就已被預言,但在超導相之外一直沒有其存在的直接證據。伊利諾大學厄巴納-香檳分校的研究人員使用了帶向量磁場的掃描穿隧顯微鏡和高品質的材料樣本。他們記錄到了特徵性的電子模態,這些模態對溫度和磁場的反應,恰恰與配對密度波理論所預言的一致。

最令人驚奇的是:這些模態在明顯高於超導臨界點的溫度下依然存在。物理學家愛德華多·弗拉德金將它們比作柴郡貓的微笑——即該相消失之後留下的痕跡。這並不意味著材料在更高溫度下仍保持超導性,而是表明庫珀對可以以有序的形式獨立於基態而存在。

二碲化鈾之所以引人注目,還因為它被認為是一種罕見的自旋三重態超導體:其中的電子對具有自身的磁取向。對配對密度波的觀測有助於理解這類不尋常的電子對究竟是如何形成的,以及它們為何表現得與經典超導體不同。

這一發現使物理學家更接近於揭開非常規超導性機制的謎團,並可能為製造在更高溫度下工作的材料指明道路。理解這些中間態對於未來的技術至關重要——從節能電網到量子電腦。

配對密度波表明,超導性並非簡單的開啟或關閉,而是一個具有中間階段的複雜過程,而這些中間階段如今可以被直接研究。

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來源

  • New Form of Superconductor Behavior Discovered That We've Never Seen Before

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