較高溫度下超導性起源研究獲突破

科技日報2024年5月20日報道， 在新一期《科學》雜志上，美國紐約熨斗研究所團隊報告稱，他們在理解相對較高溫度下超導性起源方面取得了突破。這些發現涉及自1986年以來一直困擾科學家的一類超導體——銅酸鹽。

超高速懸浮列車、遠距離無損電力傳輸、更快的核磁共振機器……如果人們能夠制造出室溫下無電阻傳輸電力的超導材料，那么所有這些先進應用都可以實現。在20世紀大部分時間里，物理學家認為，超導性只存在于-243 ℃（高于絕對零度約30℃）以下的極低溫度，但如此低溫需要昂貴的冷卻系統才能達到。1986年，銅酸鹽被發現，其高溫超導性震驚了科學界：銅酸鹽在-123 ℃仍能保持超導性。這會大幅降低冷卻成本。

團隊此次成功地用一個二維哈伯德模型再現了銅酸鹽超導的特征。該模型將銅酸鹽視為圍繞“量子棋盤”移動的電子，在模型中，研究人員為電子賦予了對角跳躍的能力，就像國際象棋中的象。這種調整結合超級計算機模擬，讓團隊捕捉到了先前實驗中出現的銅氧化物的超導性和其他幾個關鍵特征。

團隊將銅酸鹽想象為氧化銅層與其他離子層交替的烤寬面條。當電流無電阻地流過氧化銅層時，就會產生超導性。模型將每一層描繪成一個棋盤，電子可以在其中向北、向南、向東、向西跳躍。這種復雜性來自量子力學特性：這些層中都有電子，每個電子都有向上或向下的自旋。

在早期使用的簡單哈伯德模型中，添加或刪除電子并不會產生超導性。相反，穩定的棋盤變成了條紋圖案。然而，當團隊將對角線跳躍因子添加到哈伯德模型中時，條紋僅被部分填充，超導性出現了。

這一新突破不僅將推進高溫超導研究，而且對利用經典計算研究量子世界帶來重要啟發。

（來源：科技日報）