1986年，在铜基陶瓷材料——铜氧化物——中发现超导现象，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以往极限的数倍之高，而解释该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，与中国、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（如镧铈铜氧化物）中，电子正是通过与自旋涨落——原子微小磁矩的快速波动——的相互作用而形成配对。
为证明这一点，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变化。光刻接触点使得在保持相同无序水平的情况下，能够测量不同转变温度值下的电阻。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。自旋涨落就像是来自邻人的突然“推搡”，在普通金属中它们阻碍运动，但在铜氧化物中却帮助电子“结合”成对并实现无损耗运动。正是这种联系，而非离子振动，起到了决定性作用。
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。寻找缺失的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的条件下工作的时刻更加临近。这将为超高效输电线路、医疗用强磁体以及未来的量子技术开辟道路。
