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較高溫度下超導(dǎo)性起源研究獲突破

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 時(shí)間：2024-05-21 15:04

　　科技日?qǐng)?bào)北京5月20日電　在新一期《科學(xué)》雜志上，美國(guó)紐約熨斗研究所團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱(chēng)，他們?cè)诶斫庀鄬?duì)較高溫度下超導(dǎo)性起源方面取得了突破。這些發(fā)現(xiàn)涉及自1986年以來(lái)一直困擾科學(xué)家的一類(lèi)超導(dǎo)體——銅酸鹽。

　　超高速懸浮列車(chē)、遠(yuǎn)距離無(wú)損電力傳輸、更快的核磁共振機(jī)器……如果人們能夠制造出室溫下無(wú)電阻傳輸電力的超導(dǎo)材料，那么所有這些先進(jìn)應(yīng)用都可以實(shí)現(xiàn)。在20世紀(jì)大部分時(shí)間里，物理學(xué)家認(rèn)為，超導(dǎo)性只存在于-243℃（高于絕對(duì)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(tǒng)才能達(dá)到。1986年，銅酸鹽被發(fā)現(xiàn)，其高溫超導(dǎo)性震驚了科學(xué)界：銅酸鹽在-123℃仍能保持超導(dǎo)性。這會(huì)大幅降低冷卻成本。

　　團(tuán)隊(duì)此次成功地用一個(gè)二維哈伯德模型再現(xiàn)了銅酸鹽超導(dǎo)的特征。該模型將銅酸鹽視為圍繞“量子棋盤(pán)”移動(dòng)的電子，在模型中，研究人員為電子賦予了對(duì)角跳躍的能力，就像國(guó)際象棋中的象。這種調(diào)整結(jié)合超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬，讓團(tuán)隊(duì)捕捉到了先前實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的銅氧化物的超導(dǎo)性和其他幾個(gè)關(guān)鍵特征。

　　團(tuán)隊(duì)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(dāng)電流無(wú)電阻地流過(guò)氧化銅層時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生超導(dǎo)性。模型將每一層描繪成一個(gè)棋盤(pán)，電子可以在其中向北、向南、向東、向西跳躍。這種復(fù)雜性來(lái)自量子力學(xué)特性：這些層中都有電子，每個(gè)電子都有向上或向下的自旋。

　　在早期使用的簡(jiǎn)單哈伯德模型中，添加或刪除電子并不會(huì)產(chǎn)生超導(dǎo)性。相反，穩(wěn)定的棋盤(pán)變成了條紋圖案。然而，當(dāng)團(tuán)隊(duì)將對(duì)角線(xiàn)跳躍因子添加到哈伯德模型中時(shí)，條紋僅被部分填充，超導(dǎo)性出現(xiàn)了。

　　這一新突破不僅將推進(jìn)高溫超導(dǎo)研究，而且對(duì)利用經(jīng)典計(jì)算研究量子世界帶來(lái)重要啟發(fā)。（張夢(mèng)然）

　　責(zé)任編輯：余璇