奇怪的超导体导致双重寿命

超导材料的一个不寻常的性质是它们驱逐磁场，从而使磁体引起浮动，如这里所示。在钛酸锶锶锶的SLAC和斯坦福的SLAC和斯坦福研究，将有助于理解和发展这些材料。图像：Viktorcap / iStock.

了解钛酸锶的奇怪行为将有助于开发在较高温度下以100％效率进行电力的材料。

直到大约50年前，所有已知的超导体都是金属。这是有道理的，因为金属具有最大数量的松散束缚的“载体”电子，可以自由地配对和流动作为电流的电流，没有电阻和100％效率 - 超导性的标志。

然后奇怪的是 - 钛酸锶，第一氧化物材料和第一半导体被发现是超导。尽管它不适合超导体的经典轮廓 - 它具有很少的自由到漫游电子 - 当条件是正确的时，它变得超导，但没有人可以解释原因。

现在科学家首次探讨了其电子的超导行为。他们发现它甚至比他们想象的甚至是奇怪的。然而，这是一个好消息，因为它给了他们一种思考所谓的“高温”超导的新角度，这是可以利用未来产生完美有效的电力线，悬浮列车和其他革命技术的现象。

由科学家斯特克斯国家加速器实验室和斯坦福大学的科学家领导的研究团队描述了他们在1月30日发布的一篇文章中的研究。

“如果常规金属超导体位于光谱的一端，则钛酸锶在另一端左右。它具有我们了解的任何超导体的可用电子密度最低，“斯坦福材料和能源科学研究所（Simes）的博士后研究员Adrian Swartz表示，斯坦福大学毕业生研究了研究的实验部分学生当时。

“这是我们称之为”非传统“超导体的大量材料之一，因为他们无法通过当前理论解释，”Swartz说。“通过研究其极端行为，我们希望能够深入了解导致这些非传统材料中超导的成分，包括在更高温度下运行的成分。”

决斗理论

根据被称为BCS的广泛接受的理论，其发明人的初始方面，传统的超导性通过通过材料的原子格制品扭曲的自然振动引发。振动使载体电子将搭配和凝结成超流体，其流过没有电阻的材料 - 100％效率的电流。在该图片中，理想的超导材料包含高密度的快移动电子，甚至相对较弱的晶格振动足以将电子对粘在一起。

但在理论之外，在非传统超导体的领域，没有人知道电子对粘在一起，并且没有竞争理论保持摇摆。

为了找到钛酸锶内发生的线索，科学家不得不POUT如何应用一种重要的工具，用于研究这种材料的超导行为，称为隧道光谱。几年来，哈拉克和斯坦福和斯坦福和斯坦斯调查员的教授哈罗德汉表示。

“渴望做这个实验已经存在几十年，但这是一个技术挑战，”他说。“据我所知，这是第一套完整的数据，从这种材料上出来的隧道实验。”除此之外，团队能够观察材料如何应对掺杂，是一种常用的过程，其中电子被添加到材料中以改善其电子性能。

“一切都颠倒了”

隧道测量显示，钛酸锶与您在超导体中的期望完全相反：它的格子振动很强，其载体电子很少又慢。

“这是一个一切都颠倒的系统，”王说。

另一方面，像它的电子的行为和密度等细节和形成超导状态所需的能量符合您几乎完全来自传统BCS理论的预期，Swartz表示。

“因此，钛酸锶似乎是一种非常规的超导体，其在一些方面起到一种传统的超导体，”他说。“这是一个难题，对我们来说非常惊讶。我们发现了比我们最初想到的更令人困惑的东西，从基本的物理学的角度来看更为深刻。“

他补充说：“如果我们可以改善我们对这种令人费力的情况下对超导性的理解，我们可能会学会如何收获用于在更高温度下实现超导性的成分。”

Swartz说，下一步，是使用隧道光谱来测试许多关于为什么钛酸锶作用的理论预测。

SIMES是一个联合SLAC / SANFORD研究所。来自斯皮斯和田纳西大学的理论家，诺克斯维尔也为这项研究做出了贡献，该研究由Scienceand的Doe办公室资助了戈登和贝蒂摩尔基金会在量子系统倡议中的紧急现象。

引文：A. Swartz等，PNA，2018年1月30日（10.1073 / PNAS.171313916115）