新華社深圳5月22日電(記者白瑜)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)與南方科技大學(xué)研究團隊首次在鎳氧化物高溫超導(dǎo)薄膜中觀測到無節(jié)點超導(dǎo)能隙,并發(fā)現(xiàn)了電子-玻色子耦合現(xiàn)象。這是高溫超導(dǎo)機理研究領(lǐng)域的關(guān)鍵性突破。相關(guān)成果5月22日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。
論文由薛其坤院士與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)何俊峰教授、南方科技大學(xué)陳卓昱副教授共同擔(dān)任通信作者。
這一發(fā)現(xiàn)為“超導(dǎo)能隙對稱性”和“超導(dǎo)配對機制”這兩個高溫超導(dǎo)關(guān)鍵問題提供了重要實驗證據(jù)。超導(dǎo)體里,電子兩兩“配對”,結(jié)伴而行。然而,電子為什么愿意配對、以什么姿態(tài)配對,至今仍是物理學(xué)最大的謎團之一。為破解這個謎,科學(xué)家盯住了兩個重要問題:
第一個問題是:電子以什么姿態(tài)配對?超導(dǎo)體中,電子通過配對可以節(jié)省能量。節(jié)省的這部分能量就是超導(dǎo)“能隙”。我們可以把電子配對想象成跳雙人舞,而能隙的對稱性,就是它們的“舞姿”。傳統(tǒng)超導(dǎo)體的電子跳的是“圓舞曲”(s波對稱性),能隙處處不為零;而銅基高溫超導(dǎo)體的電子跳的則是“探戈”(d波對稱性),在某些特定的方向上,能隙變?yōu)榱肆?mdash;—可以想象成在這些方向上電子會“松手”,物理上將能隙零點稱為“節(jié)點”。這項研究首次在RP雙層鎳基高溫超導(dǎo)薄膜中給出了明確答案:其超導(dǎo)能隙沒有節(jié)點,電子們跳得更像是“圓舞曲”。這意味著,鎳基超導(dǎo)和銅基超導(dǎo)在配對機制上并不是完全一脈相承。
第二個問題是:電子牽手有沒有“中間人”?電子本身都帶負(fù)電,理應(yīng)互相排斥。研究團隊在實驗中捕捉到了一個關(guān)鍵的譜學(xué)信號——“能帶扭折”。這就像一條原本平滑的電子能量曲線上,突然出現(xiàn)了一個明顯的拐點。這個出現(xiàn)在特定位置的拐點,正是電子與某種玻色子發(fā)生耦合相互作用留下的“指紋”。這證實了鎳基高溫超導(dǎo)中存在電子-玻色子耦合,強烈提示其電子配對很可能是由“中間人”促成的。
研究人員表示,這一突破為深入理解高溫超導(dǎo)機理奠定了關(guān)鍵實驗基礎(chǔ),并有望推動超導(dǎo)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
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