物理学家在高温超导体中确定超导性的起源

超导氧化铜结构地图。

来自剑桥大学的研究人员在识别高温超导体中识别超导性的起源进行了突破。他们发现，电子的涟漪，称为充电密度波或充电顺序，在这些材料中产生扭曲的“口袋”，从中出现超导电性。

利用高温超导体的巨大技术潜力 - 可用于无损电网，下一代超级计算机和悬浮列车 - 未来可能更加直截了当，因为这些材料中超导的起源终于被识别出来。

超导体，可以带有零电阻的电流的超导体，可以用于巨大的应用中，但缺乏了解其性质源自源于识别新材料的过程已经相当随意。

剑桥大学的研究人员发现，电子的涟漪，称为充电密度波或充电顺序，在这些材料中产生扭曲的“口袋”，从中出现超导性。结果发表于6月15日杂志自然的问题。

在20世纪初期首先确定低温，或常规，超导体，但是在开始显示超导性之前，他们需要在绝对零（零点尺度上或-273摄氏度上的零度，或-273摄氏度）上冷却。所谓的高温超导体，可以在高达138个开尔文（-135摄氏度）的温度下显示相同的性质，使其更适合实际应用。

由于他们首次在20世纪80年代中期确定，发现发现新的高温超导体的过程可以最好地描述为随机。虽然研究人员已经确定了制造良好的低温超导体的成分，但高温超导体更不愿意放弃秘密。

在超导体中，如在任何电子设备中，电流通过电子电荷携带。关于超导体的不同之处在于电子以紧密的对行进。当自己行驶时，电子倾向于碰到彼此，导致能量损失。但是当配对时，电子通过超导体的结构平滑地移动，这就是为什么超导体可以承载没有电阻的电流。只要温度保持足够低，电子对就会无限期地保持穿过超导体。

传统超导体的键是电子与材料的晶格结构的相互作用。这些交互产生了一种类型的“胶水”，其将电子保持在一起。胶水的强度与超导体的强度直接相关，当超导体暴露在温度或磁场强度的增加时，胶水削弱，电子对分离并丢失超导性。

“高温超导体的问题之一是我们不知道如何找到新的问题，因为我们实际上并不知道该成分的原因是责任在先创造高温超导，” Caventish实验室博士博士，涉文的铅作者。“我们知道有某种胶水导致电子配对，但我们不知道胶水是什么。”

为了解散制造高温超导体蜱的内容，研究人员向后工作：通过确定材料在正常的非超导状态下具有哪些性质，它们可能能够P出来导致超导性。

“我们正试图了解在电子配对之前在材料中发生了哪种互动，因为这些交互中的一个必须负责创建胶水，”塞巴斯蒂安博士说。“一旦电子已经配对，很难知道使他们配对。但如果我们可以分开对，那么我们可以看到电子正在做的事情，希望能够了解超导性来自的位置。“

超导性倾向于超越其他性质。例如，如果在其正常状态下超导体是磁体，则抑制已经发现磁性导致超导性。因此，通过确定超导体的正常状态，它将使得识别新的状态不那么多随机，因为我们知道首先要寻找什么样的材料，“塞巴斯蒂安博士说。

使用极其强烈的磁场，研究人员能够在铜酸铜中杀死超导效果 - 通过更复杂类型的原子分离的铜和氧薄片。

以前的尝试通过确定正常状态来确定超导性的起源已经使用温度而不是磁场以破坏分开的电子对，这导致了不确定的结果。

由于铜酸盐是如此良好的超导体，因此世界上最强大的磁场 - 100特斯拉，或比地球磁场强的大约一百万倍 - 以抑制它们的超导特性。

这些实验最终能够解决围绕电子穴位的凹痕，以产生超导性的正常状态。它以前广泛地认为，电子口袋位于最强的超导区域区域。相反，使用强磁场的本实验揭示了一种特殊的起伏扭曲的袋几何形状 - 与Jenga砖相似，其中每个层与上方或下方的一个不同的方向。

这些结果精确地将袋位置置于超导电性最弱的位置，它们的来源是被称为充电密度波的电子的涟漪或充电顺序。它是这种正常状态，在研究过的铜替代超导体家族中覆盖的正常状态。

“通过识别具有相似性质的其他材料，希望它能够帮助我们在更高且较高温度下找到新的超导体，即使可能在室温下是超导体的材料，这将打开大量应用，”塞巴斯蒂安博士说。

出版物：Suchitra E. Sebastian等人。，常态节点电子结构，高于TC铜氧化铜，自然，2014; DOI：10.1038 / Nature13326

图像：Nicolle Fumeer.