实验证实新型超导体的存在

Josiah02

耶鲁大学领导的研究小组发现了迄今为止最有力的证据，证明一种新型超导材料的存在，这一基础科学突破可能为以新的方式实现超导（即电流在不损失能量的情况下流动）打开大门。
这一发现也为长期存在的超导理论提供了有力的支持——超导可能基于电子向列性，即粒子破坏旋转对称性的物质相。
这意味着什么？在与硫混合的硒化铁晶体中，铁原子位于网格中。在室温下，铁原子中的电子无法区分水平和垂直方向。但在较低温度下，电子可能进入“向列”相，此时它开始倾向于朝一个方向或另一个方向移动。
在某些情况下，电子可能会开始在偏好一个方向和另一个方向之间波动。这称为向列波动。
几十年来，物理学家们一直试图证明向列相波动引起的超导性的存在，但收效甚微。但这项由耶鲁大学的 Eduardo H. da Silva Neto 领导的多机构合作的新研究带来了希望。
该研究结果发表在《自然物理》杂志上。
耶鲁大学文理学院物理学助理教授、耶鲁大学西校区能源科学研究所成员达席尔瓦内托 (da Silva Neto) 表示：“我们开始猜测，某些与硫混合的硒化铁材料中会发生一些有趣的事情，与超导性和向列波动之间的关系有关。”
“这些材料非常理想，因为它们表现出向列相和超导性，而没有磁性等一些缺点，这些缺点可能会使研究它们变得困难，”达席尔瓦·内托说。“你可以从方程式中分离出磁性。”
但这并不容易。在这项研究中，研究人员在几天的时间内将铁基材料冷却到低于 500 毫开尔文的温度。为了追踪材料，他们使用了扫描隧道显微镜(STM)——它可以在原子水平上拍摄电子量子态的图像。
研究人员将研究重点放在具有最大向列相波动的硒化铁上，以寻找“超导间隙”——这是超导性存在和强度的可靠指标。STM 图像使研究人员能够找到与电子向列性引起的超导性完全匹配的间隙。
“这一点很难证实，因为你必须进行极具挑战性的 STM 测量，才能在极低的温度下准确测量间隙，”da Silva Neto 说道。“下一步是更加仔细地观察。如果我们继续增加硫含量，超导性会发生什么变化？它会消失吗？自旋波动会再次出现吗？接下来我们将探讨几个问题。”
这项研究的共同主要作者是耶鲁大学研究生 Pranab Kumar Nag 和 Kirsty Scott。耶鲁大学的其他合著者包括 Xinze Yang 和 Aaron Greenberg，以及来自加州大学戴维斯分校、明尼苏达大学、巴西戈亚斯联邦大学、巴西坎皮纳斯大学和费尔菲尔德大学的研究人员。