東京大學研究員用第五種物質(zhì)形態(tài)制造出新型超導體首次成功

據(jù)外媒New Atlas報道，超導體--電流在其中無任何阻力地流動的材料--對未來的電子學非常有用。現(xiàn)在， 東京大學的工程師們首次成功地從一種被稱為“玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)”（BEC）的物質(zhì)狀態(tài)中制造出了超導體。

玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)有時被稱為第五種物質(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發(fā)生的。實驗表明，在這一點上，可以在宏觀尺度上觀察到量子現(xiàn)象?？茖W家們以玻色·愛因斯坦凝聚態(tài)為出發(fā)點，創(chuàng)造了超固體、exitonium、量子球閃電和表現(xiàn)出負質(zhì)量的液體等奇異的物質(zhì)狀態(tài)。

“玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)是一種獨特的物質(zhì)狀態(tài)，因為它不是由粒子組成的，而是由波組成的，”該研究的主要作者Kozo Okazaki說。“當它們冷卻到接近絕對零度時，某些材料的原子會在空間上變得涂抹出來。這種涂抹增加，直到原子--現(xiàn)在更像波浪而不是粒子--重疊，變得彼此無法區(qū)分。由此產(chǎn)生的物質(zhì)表現(xiàn)得就像它是一個單一的實體，具有之前的固體、液體或氣體狀態(tài)所缺乏的新特性。”

現(xiàn)在，在新的研究中，東京的研究人員已經(jīng)展示了玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)的超導性--這是以前從未在實驗中得到驗證的。這一壯舉是通過用鐵和硒原子云制造玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)來實現(xiàn)的。

這一發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵來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-愛因斯坦凝聚態(tài)，BCS也是通過將原子云幾乎冷卻到絕對零度而形成的，但這里的不同之處在于，當它們這樣做時，原子會放慢速度并排成一排。這意味著電子可以更容易地通過它們，從而實現(xiàn)超導性。

新研究的研究人員希望了解在BCS和BEC之間的過渡過程中會發(fā)生什么，以及是否在BEC中可以實現(xiàn)超導性，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中存在一些超導性。

實際上，這一發(fā)現(xiàn)對于普通大眾來說并沒有任何直接的應用，但加深我們對這一現(xiàn)象的理解只會幫助科學家在未來創(chuàng)造出更好的超導體。這反過來又可以帶來更快、更高效的電子產(chǎn)品。

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

該研究發(fā)表在 《科學進展》 雜志上。責任編輯：PSY