研究人員首次發(fā)現(xiàn)兩種產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象方法之間的聯(lián)系

超導(dǎo)是指在某些條件下，電路中的電阻消失，導(dǎo)電效率變得極高的現(xiàn)象。多種不同的方法都能使得這種現(xiàn)象發(fā)生，而這些方法常被認(rèn)為是不相通的。近期，研究人員首次發(fā)現(xiàn)兩種產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象的方法之間的聯(lián)系。這些新的認(rèn)識(shí)能讓人們對(duì)這種現(xiàn)象有更全面的理解，并在將來(lái)應(yīng)用到實(shí)踐之中。

物質(zhì)有三種常見(jiàn)的狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)還有氣態(tài)。第四種物質(zhì)狀態(tài)被叫做等離子態(tài)，這種狀態(tài)就像氣態(tài)在的原子因?yàn)闇囟冗^(guò)高而分裂，留下了一團(tuán)超高溫的亞原子粒子混合體。實(shí)際上，還存在處于溫度另一個(gè)極端的第五種物質(zhì)狀態(tài)，也叫做玻色-愛(ài)因斯坦冷凝物（Bose-Einstein condensat，BEC）。

“BEC是一種特殊的物質(zhì)狀態(tài)，它并非由粒子而是由波組成，” 東京大學(xué)固態(tài)物理研究所的副教授Kozo Okazaki說(shuō)，“當(dāng)物質(zhì)溫度降低接近絕對(duì)零度時(shí)，一些材料中原子的邊界會(huì)模糊，當(dāng)這種‘模糊’程度逐漸增加時(shí)，直到原子（在這種情況下，原子更像波）重疊，個(gè)體變得很難區(qū)分。

產(chǎn)生的這種物質(zhì)像是一個(gè)整體，具有在固態(tài)，氣態(tài)或液態(tài)下沒(méi)有的新特性，比如說(shuō)超導(dǎo)。直到最近，BEC超導(dǎo)材料都被認(rèn)為只在理論上可行，但是現(xiàn)在我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中通過(guò)一種基于鐵和硒（一種非金屬）的新材料，對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了證明?！?/p>

偏光圖像為研究人員顯示了電子（由紅叉表示）在不同情況下的實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)電現(xiàn)象。這也是第一次，一種BEC狀態(tài)的物質(zhì)在實(shí)驗(yàn)中被證實(shí)可以作為超導(dǎo)體。然而，其他物質(zhì)形式和狀態(tài)也可以產(chǎn)生超導(dǎo)體。Bardeen-Cooper-Shrieffer（BCS）狀態(tài)是物質(zhì)在接近絕對(duì)零度時(shí)下的一種粒子排列方式，物質(zhì)的組成原子會(huì)運(yùn)動(dòng)減慢并排成一排，這使得電子更容易通過(guò)。BCS和BEC都需要低溫條件，都包含原子速度變慢的現(xiàn)象。但除此之外，這兩種狀態(tài)還是十分不同。長(zhǎng)久以來(lái)，研究人員認(rèn)為如果這兩種機(jī)制在一些方面重合，那將有助于對(duì)超導(dǎo)現(xiàn)象有更全面的認(rèn)識(shí)。

“證明BEC的超導(dǎo)性質(zhì)是達(dá)到目的一種方法，我們非常希望能發(fā)現(xiàn)BEC和BCS之間的重合，” Okazaki說(shuō)，“這非常具有挑戰(zhàn)性，但是我們獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)儀器和觀測(cè)方法已經(jīng)證明了，在這兩種機(jī)制之間有平滑的過(guò)渡。這暗示了在超導(dǎo)現(xiàn)象背后存在一個(gè)更全面的基礎(chǔ)理論。而這是研究中的一個(gè)令人激動(dòng)的時(shí)刻?！監(jiān)kazaki和他的團(tuán)隊(duì)基于超低溫和高能量分辨率激光發(fā)射光譜法，觀察了一種材料從BCS到BEC狀態(tài)之間的電子模式。在這兩種狀態(tài)中，電子的表現(xiàn)并不相同，這種行為變化能幫助他們彌補(bǔ)在更全面的超導(dǎo)現(xiàn)象中一些空缺。

超導(dǎo)現(xiàn)象不僅是一項(xiàng)基于好奇心的實(shí)驗(yàn)室研究，諸如電磁體等超導(dǎo)設(shè)備已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用，還比如世界上最大的粒子加速器和大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)等。然而，正像上文中所描述的，超導(dǎo)現(xiàn)象需要超低溫，這阻止了我們?cè)谌粘Ｉ钪羞M(jìn)行超導(dǎo)設(shè)備的開(kāi)發(fā)。而毫無(wú)疑問(wèn)，找到在較高溫度至室溫的超導(dǎo)材料將是非常有吸引力的。“通過(guò)證實(shí)物質(zhì)在BES上具有超導(dǎo)能力，我認(rèn)為這也將促進(jìn)其他研究人員探索存在于越來(lái)越高溫度下的超導(dǎo)材料，” Okazaki說(shuō)，“現(xiàn)在這可能聽(tīng)起來(lái)像科幻小說(shuō)，但是如果超導(dǎo)材料能存在于室溫，我們產(chǎn)生能量的能力將被大大提高，我們對(duì)能量的需求也將會(huì)降低。”

原文標(biāo)題：只在理論上存在的超導(dǎo)體，首次被制造出來(lái)

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