東京大學(xué)研究員用第五種物質(zhì)形態(tài)制造出新型超導(dǎo)體首次成功

據(jù)外媒New Atlas報(bào)道，超導(dǎo)體--電流在其中無(wú)任何阻力地流動(dòng)的材料--對(duì)未來(lái)的電子學(xué)非常有用。現(xiàn)在， 東京大學(xué)的工程師們首次成功地從一種被稱為“玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)”（BEC）的物質(zhì)狀態(tài)中制造出了超導(dǎo)體。

玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)有時(shí)被稱為第五種物質(zhì)形態(tài)，僅次于人們熟知的固體、液體、氣體和等離子體，它是將玻色子氣體冷卻到幾乎最冷的溫度時(shí)發(fā)生的。實(shí)驗(yàn)表明，在這一點(diǎn)上，可以在宏觀尺度上觀察到量子現(xiàn)象?？茖W(xué)家們以玻色·愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)為出發(fā)點(diǎn)，創(chuàng)造了超固體、exitonium、量子球閃電和表現(xiàn)出負(fù)質(zhì)量的液體等奇異的物質(zhì)狀態(tài)。

“玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)是一種獨(dú)特的物質(zhì)狀態(tài)，因?yàn)樗皇怯闪Ｗ咏M成的，而是由波組成的，”該研究的主要作者Kozo Okazaki說(shuō)。“當(dāng)它們冷卻到接近絕對(duì)零度時(shí)，某些材料的原子會(huì)在空間上變得涂抹出來(lái)。這種涂抹增加，直到原子--現(xiàn)在更像波浪而不是粒子--重疊，變得彼此無(wú)法區(qū)分。由此產(chǎn)生的物質(zhì)表現(xiàn)得就像它是一個(gè)單一的實(shí)體，具有之前的固體、液體或氣體狀態(tài)所缺乏的新特性?！?/p>

現(xiàn)在，在新的研究中，東京的研究人員已經(jīng)展示了玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)的超導(dǎo)性--這是以前從未在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證的。這一壯舉是通過(guò)用鐵和硒原子云制造玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

這一發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵來(lái)自于與一種類似形式的物質(zhì)的重疊，這種物質(zhì)被稱為Bardeen-Cooper-Shrieffer（BCS）體系。玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)，BCS也是通過(guò)將原子云幾乎冷卻到絕對(duì)零度而形成的，但這里的不同之處在于，當(dāng)它們這樣做時(shí)，原子會(huì)放慢速度并排成一排。這意味著電子可以更容易地通過(guò)它們，從而實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性。

新研究的研究人員希望了解在BCS和BEC之間的過(guò)渡過(guò)程中會(huì)發(fā)生什么，以及是否在BEC中可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性，或者是否僅限于BCS。研究小組利用光發(fā)射光譜觀察電子在兩種材料中的表現(xiàn)，果然他們看到BEC中存在一些超導(dǎo)性。

實(shí)際上，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于普通大眾來(lái)說(shuō)并沒(méi)有任何直接的應(yīng)用，但加深我們對(duì)這一現(xiàn)象的理解只會(huì)幫助科學(xué)家在未來(lái)創(chuàng)造出更好的超導(dǎo)體。這反過(guò)來(lái)又可以帶來(lái)更快、更高效的電子產(chǎn)品。

“證明BEC的超導(dǎo)性是一種手段，我們真正希望探索BEC和BCS之間的重疊?！監(jiān)kazaki說(shuō)?！斑@是極具挑戰(zhàn)性的，但我們獨(dú)特的儀器和觀測(cè)方法已經(jīng)驗(yàn)證了這一點(diǎn)--這些體系之間存在著平穩(wěn)的過(guò)渡。而這暗示了超導(dǎo)背后更普遍的基礎(chǔ)理論”

該研究發(fā)表在 《科學(xué)進(jìn)展》 雜志上。責(zé)任編輯：PSY