1986年，科學家發現了第一種高溫超導體，相比於常規的金屬超導體，高溫超導體的轉變溫度要高得多。然而，在很長一段時間裡，只有銅氧化物才會表現出高溫超導性，而人們對高溫超導的物理機制也一直未能取得共識。最近，物理學家製備出了一種鎳氧化物，它在低於9-15K的溫度下表現出明顯的超導跡象，卻反常地並沒有出現磁有序的跡象。這可能會徹底改變我們對銅酸鹽和類銅酸鹽系統的高溫超導性的理解。

撰文 | 二宗主

1 一種新型高溫超導體

對超導領域的研究來說，這是一個非常重要的發現。它的出現使得科學家開始重新思考這些材料的電子結構以及潛在的超導機制。接下來，將會有大量的理論和實驗研究圍繞著這類新的材料展開。

2 高溫超導機制是如何形成的？

在金屬材料中，當電子間的排斥作用轉變成吸引作用時，金屬就會表現出超導性。在這種情況下，周圍原子對這些電子的電荷與自旋的反應，會間接地導致電子配對。在足夠低的溫度下，這些成對的電子會凝結成超流體——一種沒有摩擦且電阻為零的物質狀態。

在常規機制中，靠近電子的原子在空間上產生的位移會變成對另一個電子的吸引區。但是，一些理論研究表明，這種效應應該非常微弱，不足以解釋銅酸鹽的高溫超導性。因此有研究人員認為，運動中的電子的自旋或許會導致銅酸鹽中的磁有序（magnetic order, 原子自旋的有序模式）發生偏差。

3 製備鎳氧化物超導體

為了創造出一種新型的超導材料，SLAC和史丹福大學的科學家首先用一種叫做鈣鈦礦的普通材料製成了薄膜（左），然後「摻雜」了鍶（Sr）；然後將它暴露在一種剔除了一層氧原子的化學物質中。這使得薄膜翻轉成一種不同的原子結構，稱為鎳酸鹽。試驗表明，這種鎳酸鹽能以零電阻導電。| 圖片來源：李丹峰/SLAC國家加速器實驗室、史丹福大學

參考來源

https://www.nature.com/articles/d41586-019-02518-3

https://www6.slac.stanford.edu/news/2019-08-28-first-report-superconductivity-nickel-oxide-material.aspx

本文經授權轉載自微信公眾號「原理」。

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