东京大学展示一种以前认为不可能的新型超导体

超导是一种现象,在一定条件下,电路失去电阻,变得极为有效。有不同的方法可以实现这种现象,而这些方法被认为是不相容的。研究人员首次发现了其中两种方法之间的桥梁,以实现超导性。这种新的知识可能会导致对这种现象的更普遍的理解,并在某一天得到广泛应用。

日常生活中的物质有三种状态:固体、液体和气体。你可能对第四种物质状态很熟悉,叫做等离子体,它就像一种气体,它的所有组成原子都变得非常热,留下了一团超热的亚原子粒子。但你是否知道所谓的第五种物质状态 ,它被称为玻色-爱因斯坦凝聚物(BEC),它是玻色子原子在冷却到接近绝对零度所呈现出的一种气态的、超流性的物质状态。

BEC是一种独特的物质状态,因为它不是由粒子组成的,而是由波组成的,具有之前的固态、液态或气态所缺乏的新特性,如超导。直到最近,超导BECs还是纯理论的,但日本研究团队现在已经在实验室里用一种基于铁和硒(一种非金属元素)的新型材料证明了这一点。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

这是第一次通过实验验证BEC可以作为超导体工作,然而,其他物质的表现形式,或者也可以产生超导。Bardeen-Cooper-Shrieffer(BCS)机制是一种物质的排列方式,当冷却到接近绝对零度时,组成原子的速度会减慢,并排成一条线,这使得电子更容易通过。这就有效地使这种材料的电阻为零。长久以来,研究人员一直认为,如果能发现这些机制以某种方式重叠,就能对超导有更普遍的理解。

“证明BECs的超导性是一种手段,我们真正希望探索BECs和BCS之间的重叠,”东京大学固态物理研究所副教授Okazaki说。”这是极具挑战性的,但我们独特的仪器和观测方法已经验证了这一点–这些体系之间存在着平稳的过渡。而这也暗示了超导背后更普遍的基础理论。在这个领域工作是一个令人兴奋的时刻。”

研究人员展示一种以前认为不可能的新型超导体
偏光图像显示了研究人员在不同情况下测试样品中由红叉表示的电子行为。
研究人员展示一种以前认为不可能的新型超导体
这些彩色线条不仅用于展示,还告诉研究人员在低于什么温度下,样品表现出超导行为。

Okazaki和他的团队使用超低温和高能分辨率的基于激光的光发射光谱的方法来观察电子在材料从BCS到BEC过渡期间的行为方式。电子在两种体系中的行为方式不同,它们之间的变化有助于弥合更大范围的超导现象。

不过,超导并不仅仅是实验室的好奇心,诸如电磁铁之类的超导设备已经被应用于各种场合,世界上最大的粒子加速器–大型强子对撞机就是这样一个例子。然而,正如上文所解释的那样,这些需要超低温,这禁止了我们可能期望日常看到的超导设备的发展。因此,人们对寻找在更高温度下形成超导体的方法有很大兴趣,也许有一天甚至是室温,这并不奇怪。

“有了超导BECs的确凿证据,我认为这将促使其他研究人员在更高的温度下探索超导,”Okazaki说。”现在听起来可能像是科幻小说,但如果超导能在室温附近发生,我们生产能源的能力将大大增加,我们的能源需求也会减少。”

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