斯坦福物理学家数十年来，追求完美的钥匙来解锁超导炎的奥秘

几十年来，Z-X Shen已经遍布能够夺取磁铁的电子奇怪行为的好奇心。

志勋沉生物地记得他的中学物理教师通过从储存在柜子中的罐子中删除一大块放射性物质来证明X射线的力量，将其放入桶中，让学生将手放在铲斗和磷光体之间屏幕揭示隐藏在皮肤下方的骨骼和肉体。

“留下了印象，”沉呼回来了笑容。有时他会奇怪的是，如果那一刻为随后的一切设置了舞台。

沉不，他承认，对物理有很大的兴趣。在20世纪70年代中期，在中国的中国没有太多激励。该国掌握了1966年的文化大革命，这已经关闭了所有大学，并留下了大部分国家，包括上海南部的镇，他的父母在贫困中致力于医学。但正如沉和他的母亲都在一个寒冷的早晨，在一个寒冷的劳动营地向农村看了哥哥的公共汽车，她转向他说：“你是大学教育的希望。”

鉴于家庭的情况，大学似乎是一个不可能的梦想。那么一个不太可能的一系列事件改变了一切。

1977年，文化大革命结束，大学重新开放。

Zhi-xun沉。

当同样鼓舞人心的中学老师组织了物理竞赛时，那么16岁的沉别进入，并在每个水校，区，城市和省内进入。它令人迷人和建立了自己的自信心，巩固了他的感觉，因为它为他的物理是这个领域，但它可能导致它在哪里？

沉沉在高中毕业后赢得了一所大学品，但一年回来了他父亲的建议，然后在上海的复旦大学进入了物理计划。

在他的第三年作为物理专业，他为中国 - 美国诺贝尔劳特·宜天李刚刚推出的一项计划进行了入学考试，这些计划为美国提供了有限的中国学生。

这就是如何，在1987年3月，沉沉在众所周心的夜间会议上发现自己被称为物理学的伍德斯托克，其中近2,000名科学家分享了与发现新一类Quantum相关的最新发展称为高温超导体的材料。这些异国情调的材料在零损失的情况下进行电力，比任何人都在更高的温度下，并且可以如此强有力地驱逐磁场，使得它们可以浮动磁铁。他们的发现对社会具有革命性的影响，有希望的医学磁性成像机器，为电力线，磁悬浮列车和我们尚未梦想的东西完全有效的电气传输。

“我能够尽早到达那里，在房间里坐在谈判正在进行的房间里，”沉沉了。“对我来说，这是最令人兴奋的事情 - 一个完全新的科学前沿突然打开了。”

工具的革命

在另一个非凡的运气中，他碰巧在一个完美的位置跳进这个新的前沿，而不仅仅是为了探讨超级导电性，而是开发较为更加清晰的工具的物质的数量。

作为斯坦福大学的博士学生，他一直在使用极明的X射线束来调查相关材料在现在的Slac National Accelerator实验室，刚从主校园的山上。一旦会议结束，他就会设定应用他已经使用的技术，称为角度解析的光曝光光谱或ARPES到新超导体。

三十多年后，对他的信贷有许多重要的发现，但这些材料如何工作的全部难题仍未解决，沉是斯坦福人文科学学院的保罗皮革教授和斯拉克光子科学教授。他和他的同事正在完成触摸可能是世界上最先进的超导体和其他异国情调的物质的最先进的系统，以看看是什么让他们打勾。

系统的主要部分只是距离Slac的斯坦福Synchrotron辐射源（SSRL）的X射线束线的几步之遥，其中沉沉进行了那些第一次实验。其中之一是最近升级的设置，科学家一次可以通过管和真空室将它们的超导材料一个原子层的精确构建样品进行精确构建一个原子层，进入SSRL光束线而不将它们暴露在空气中，并使它们更高次数分辨率比以往任何时候都可能。它们构建的材料也被运输到世界上第一个X射线自由式激光器，SLAC的LINAC相干光源，以便通过其他方式进行精确测量。

电子合作

这些实验设置以奇异的目的为设计：解开电子的奇怪协作行为，沉和其他人认为是解锁超导和其他现象在广泛的量子材料中的关键。

他说，沉为此谜语的答案是由他的好奇心推动的“发生了不应该发生的这种表现。“你可以争辩说这是一种宏观量子现象 - 性质拼命地试图揭示自己。它只发生，因为这些电子以某种方式一起工作。“

在1911年发现的第一个超导体是金属的金属，当冷却到30个开尔尔斯低于30个开尔尔斯时，或减去406华氏度。理论家们需要大约50年来解释这是如何工作的：电子以材料的原子晶格中的振动相互作用，以克服它们的负面电荷之间的自然排斥，并允许它们毫不费力地搭配并毫不费力地行进。更重要的是，这些电子对重叠并形成了冷凝物，一个完全不同的物质状态，其集体行为只能通过量子力学的非平程规则来解释。

由于各种原因，科学家认为这在较高温度下不会发生这种情况。因此，在1986年的材料中发现，在温度下的高度为225华氏度的温度下的材料是一个震惊。瑞德仍然，这种形式的超导性的起始材料是绝缘体，其本质预计将挫败电子行程。

在完美的金属中，沉沉，每个近的电子都是完美的，它可以自由流动，产生电流。但是这些具有完美唯一电子的完美金属不是超导。

相比之下，引起超导性的材料中的电子是不完美的，因为它们根本没有自由流动。但是一旦他们决定合作和凝结成超导状态，他们不仅会失去阻力，而且还可以驱逐磁场和浮磁铁。

“如此，在这种感觉中，超导性远远优越，”沉说。“系统的行为超越了辛西的行为，并令人迷住我。你和我是由氢气，碳和氧气制成的，但我们可以拥有这次谈话的事实不是那些史的财产。“

虽然很多理论已经浮现，但科学家们仍然不知道是什么促使电子在这些材料中的这种高温下配对。追求一直是一条漫长的道路 - 这是疯狂的伍德斯托克夜度过了33­年 - 但沉不介意。他告诉他的学生，一个盛大的科学挑战就像一个你解决一片的谜题。他说，更好的工具正在逐渐将整个图片带入焦点，我们已经走了很长的路要走。