是什么让一些材料可以无电阻地承载电流?科学家们正试图阐明这些复杂的特征。利用这种被称为超导性的特性，可能会导致完美高效的电力线、超快计算机和一系列节能进步。在这些材料不具有超导性时了解它们是探索这种潜力的关键部分。

“要解决这个问题，我们需要了解这些材料的许多相，”美国能源部布鲁克海文国家实验室凝聚态物理与材料科学部的物理学家KazuhiroFujita说。在刚刚发表在PhysicalReviewX上的一项新研究中，Fujita和他的同事试图找到一种解释，解释在与氧化铜超导体的超导相共存的相中观察到的异常现象。

这种异常是构成材料晶格的原子的振动能量神秘消失。“X射线显示原子以特定方式振动，”藤田说。但随着材料冷却，X射线研究表明，一种振动模式停止了。

“我们的研究探索了这种材料的晶格结构和电子结构之间的关系，看看我们是否能理解发生了什么，”藤田说。

Brookhaven团队使用了一种称为光谱成像扫描隧道显微镜(SI-STM)的工具。通过以万亿分之一米的精度扫描层状材料的表面，他们可以绘制原子图并测量它们之间的距离——同时测量每个原子尺度位置的电荷。

这些测量足够灵敏，可以在原子振动时获取原子的平均位置，并显示当振动停止时这些位置如何移动并锁定到位。他们还表明，异常振动消失与“电荷密度波”的出现直接相关——电荷密度在材料中的模块化分布。

Fujita解释说，构成电荷密度波的电子是局域化的，即处于固定位置，并且与最终在超导相中携带电流的更多移动电子分开。这些局域化电子形成了密度较高和较低的重复模式，可以看作是并排放置的梯子(见图)。正是这种模式的出现扭曲了原子的正常振动，并沿着“梯级”的方向改变了它们的位置。

“随着温度下降和电荷密度波(CDW)的出现，振动能量下降，”藤田说。“通过同时测量电荷分布和原子结构，您可以看到CDW的出现如何将原子锁定到位。”

“这个结果意味着，随着原子振动，电荷密度波与晶格相互作用并淬灭晶格。它停止振动并扭曲晶格，”藤田说。

布鲁克海文国家实验室在这项研究中使用的光谱成像扫描隧道显微镜(SI-STM)。图片来源：布鲁克海文国家实验室

所以这是关于超导材料一相的两个特性如何耦合在一起的更多线索。但Fujita说，关于这些有前途的材料，还有很多东西有待发现。

“有很多变量。电子和晶格只是两个。我们必须考虑所有这些以及它们如何相互作用才能真正理解这些材料，”他说。

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