y型孔超导体：发现了全新的事物状态

在高温超导材料上打出的微小孔洞表明，使超导性的电子二元对Cooper对也可以像金属一样导电。

发表在《科学》杂志上的一项研究揭示了一种全新的物质状态，该结果表明，具有超导性的电子二重物Cooper对也可以像普通金属一样导电。

多年以来，物理学家一直认为，使超级导体能够在没有电阻的情况下导电的电子二重物库珀对是两把戏的小马。这些对要么自由滑行，以形成超导状态，要么通过卡在材料中而根本无法移动而形成绝缘状态。

但在今天（2019年11月14日）在《科学》杂志上发表的一篇新论文中，一组研究人员表明，库珀对也可以像常规金属一样以一定的电阻来导电。研究人员说，这些发现描述了一种全新的物质状态，这将需要一种新的理论解释。

布朗物理学教授吉姆·瓦雷斯（Jim Valles）表示：“有证据表明，当薄膜超导体冷却至其超导温度时，这种金属态便会出现，但该态是否涉及库珀对是一个悬而未决的问题。”大学和研究的通讯作者。“我们开发了一种技术，可以测试该问题，并且我们证明，库珀对确实负责在这种金属状态下传输电荷。有趣的是，没有人从根本上确定他们是如何做到的，因此，这一发现将需要更多的理论和实验性工作才能准确了解正在发生的事情。”

“科学是建立在发现之上的，发现新发现真是太好了。”-徐志明

库珀对以布朗物理学教授莱昂·库珀（Leon Cooper）的名字命名，他因描述其在实现超导电性方面的作用而获得1972年诺贝尔奖。当电子在移动时在材料的原子晶格中嘎嘎作响时，就会产生电阻。但是，当电子结合在一起成为库珀对时，它们会发生显着的变化。电子本身就是费米子，是遵循泡利排斥原理的粒子，这意味着每个电子都倾向于保持其自己的量子态。然而，库珀对就像玻色子一样，可以快乐地共享相同的状态。这种玻色行为使库珀对可以与其他库珀对运动协调，从而将阻力降低到零。

在2007年，Valles与布朗工程与物理学教授Jimmy Xu合作，表明库珀对还可以产生绝缘态以及超导性。两人在非常薄的材料中，而不是在一致移动的情况下，密谋呆在原地，滞留在材料中的微小岛上，无法跳到下一个岛。

在这项新的研究中，Valles，Xu和中国的同事使用类似于揭示库珀对绝缘子的技术，寻找了非超导金属态的库珀对。该技术涉及对薄膜超导体（在本例中为高温超导体钇钡铜氧化物（YBCO））进行构图，并在阵列中形成许多小孔。当材料中有电流流过并暴露于磁场中时，材料中的电荷载流子将像绕着排水管的水一样绕孔运动。

Valles说：“我们可以测量这些电荷循环的频率。”“在这种情况下，我们发现频率与一次有两个电子而不是一个电子相一致。因此，我们可以得出结论，这种状态下的载流子是库珀对，而不是单电子。”

研究人员说，类似玻色子的库珀对造成这种金属态的想法令人惊讶，因为量子理论的某些元素表明这不可能。因此，仅了解在这种状态下发生的事情可能会导致一些令人兴奋的新物理学，但是还需要进行更多的研究。

研究人员说幸运的是，这种现象是在高温超导体中检测到的，这将使未来的研究更加实用。YBCO在-181摄氏度左右开始超导，而金属相则在高于该温度的温度下开始。那虽然很冷，但是比其他超导体要热得多，它们的活动温度刚好在绝对零值以上。较高的温度使得使用光谱学和其他旨在更好地了解该金属相中发生的现象的技术更加容易。

研究人员说，在未来的道路上，可能会利用这种波色金属状态来生产新型的电子设备。

“关于玻色子的事情是，它们比电子更倾向于处于波状状态，因此我们谈论它们具有相位，并产生与光一样的干涉，”瓦雷斯说。“因此，可能存在新的方式来通过干扰玻色子之间的干扰来移动设备中的电荷。”

但是就目前而言，研究人员很高兴发现了一种新的物质状态。

徐说：“科学是建立在发现基础之上的，发现新事物真是太好了。”

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参考：杨超，刘毅，王洋，刘锋，何倩梅，孙健，唐跃，吴春春，熊杰，张万里，林琳，姚洪，海文的“超导体-绝缘体过渡中的中间硼金属态”刘，古斯塔沃·费尔南德斯，徐志明，小詹姆斯·瓦勒斯，王健和李彦荣，2019年11月14日，科学。
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