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新物质态库珀对量子金属态首次证实

有望催生新型电子设备
来源:科技日报 作者:刘霞 2019-11-18 17:19:10

多年来,物理学家一直认为,使超导成为可能的电子对——库珀对是“双面娇娃”:既可形成超导态,也可形成绝缘态,但故事并没有结束!中美科学家在新一期《科学》杂志撰文称,库珀对还可像普通金属一样导电。研究人员表示,最新发现描述了一种全新物质态——量子金属态,有望催生新型电子设备,但仍需新理论予以解释。

库珀对以布朗大学物理学教授莱昂·库珀的名字命名,他因描述库伯对在实现超导性方面的作用而荣膺1972年诺贝尔奖。当电子在原子晶格中四处移动时,会产生电阻,但当电子“配对”成库珀对时,它们会“变脸”。电子是费米子,遵循泡利不相容原理——每个电子都倾向于保持自身量子态;但库珀对像玻色子,可共享相同状态,这使库珀对之间的行动能相互协调,从而将电阻降到零,产生超导性。而在二维超导薄膜中的库珀对受到无序等影响而局域化时会形成绝缘态。

最近,中国电子科技大学熊杰教授、北京大学物理学院王健教授与美国布朗大学的吉姆·瓦雷斯教授等携手,发现了超导薄膜中非超导金属态内的库珀对:他们将高温超导体钇钡铜氧化物(YBCO)制成多孔薄膜,当材料有电流流过并暴露于磁场时,材料中的载荷子会绕小孔运动。结果表明:“这一金属态下的载荷子是库珀对,而非单个电子。”

王健称,表现为玻色子的库珀对导致这种金属态令人惊讶,因为有量子理论认为这不可能。这一新物质态可被称为玻色金属、量子金属或反常金属,理解这一状态有望开启新物理学,但仍需更多研究。此外,高温超导体系中量子玻色金属的证实不仅对量子材料的认知具有重要意义,也有望催生新型电子器件。

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标签: 超导  库珀对