科學(xué)家解密：銅氧化物高溫超導(dǎo)體量子機(jī)制如何運作？
2019年02月11日 10:17 8559次瀏覽 來源： 國際銅業(yè)協(xié)會 分類： 銅資訊
銅氧化物是一種在常壓環(huán)境下超導(dǎo)臨界溫度高達(dá)140K的超導(dǎo)材料，但其中機(jī)制如何運作？這促使全球超導(dǎo)科學(xué)家投入研究。維也納工業(yè)大學(xué)物理學(xué)教授 Neven Bariši?團(tuán)隊現(xiàn)在提出一系列非凡的新見解，也許能深刻改變我們對高溫超導(dǎo)材料的認(rèn)知。
每個電子設(shè)備都存在電阻，但偏偏科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種恰好可以零電阻傳導(dǎo)電流的材料，稱為超導(dǎo)體（superconductor），其兩個最重要的特性，是在特定溫度下呈現(xiàn)“零電阻”與“完全抗磁性”，而超導(dǎo)體電阻轉(zhuǎn)變?yōu)榱銜r的溫度稱為“超導(dǎo)臨界溫度”，可依此再將材料分為低溫超導(dǎo)體和高溫超導(dǎo)體。
科學(xué)家下一步偉大科學(xué)突破，就是找出令人震驚無比的高溫超導(dǎo)材料，它們將帶來廣泛全新應(yīng)用，包括磁浮列車、醫(yī)學(xué)成像技術(shù)等。
高溫超導(dǎo)體（High-temperature superconductors）也被稱作銅氧化物（cuprate）超導(dǎo)體，最早由瑞士物理學(xué)家卡爾·米勒、德國物理學(xué)家約翰內(nèi)斯·貝德諾爾茨于實驗中發(fā)現(xiàn)；1987 年，臺灣物理學(xué)家吳茂昆、朱經(jīng)武發(fā)現(xiàn)釔鋇銅氧（YBCO）超導(dǎo)體（YBa2Cu3O7-δ Tc~92K），將超導(dǎo)臨界溫度提高到 90K 以上，不只突破過去液氮的 77K 溫度壁壘，也突破了自 1911 年后 70 多年的物理學(xué)研究瓶頸，一舉劃出低溫超導(dǎo)體與高溫超導(dǎo)體分水嶺。
但科學(xué)家真正的研究挑戰(zhàn)，是了解高溫超導(dǎo)體內(nèi)部量子效應(yīng)。
現(xiàn)在維也納工業(yè)大學(xué)物理學(xué)教授Neven Bariši?團(tuán)隊證明，銅氧化物中存有 2 種根本性質(zhì)完全不同的載子（charge carrier），超導(dǎo)特性就取決于兩者之間微妙的相互作用：一種載子坐鎮(zhèn)在原子特定位置，只有當(dāng)材料被加熱時才能移開；而另一種載子可以自由移動，從這個原子跳到另一個原子上，后者最終帶出超導(dǎo)特性。
Neven Bariši?解釋，固定載子與移動載子控制著材料系統(tǒng)，前者儼然充當(dāng)“膠水”，將移動載子結(jié)合成庫柏對（Cooper pair），一旦配對，載子就會變成超導(dǎo)狀態(tài)，讓材料可以零電阻傳輸電流。
移動載子與固定載子必須有微妙的平衡，任何一方太少都無法順利配對，也就無法帶出超導(dǎo)特性。該團(tuán)隊提出了銅氧化物逐步出現(xiàn)的現(xiàn)象，為尋找新超導(dǎo)體提供了新方向。新論文發(fā)表在《科學(xué)前緣》（Science Advances）期刊。（來源：TechNews）
責(zé)任編輯：付宇
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