物理学家已经确定了一种形成振荡超导性的机制，称为对密度波。《物理评论快报》发表了这一发现，为某些材料(包括高温超导体)中出现的非常规高温超导状态提供了新的见解。

“我们发现，被称为范霍夫奇点的结构可以产生超导的调制、振荡状态，”埃默里大学物理学助理教授、该研究的资深作者路易斯桑托斯说。“我们的工作为理解这种行为的出现提供了一个新的理论框架，这种现象目前还没有得到很好的理解。”

超导之谜

桑托斯是一位专门研究凝聚态物理的理论家。他研究量子材料(原子、光子和电子等微小物体)的相互作用，这些材料的行为不符合经典物理定律。

超导性，或者某些材料在冷却到超低温时能够导电而不损失能量的能力，是有趣的量子行为的一个例子。这种现象于1911年被发现，当时荷兰物理学家HeikeKamerlinghOnnes证明，汞在冷却至4开尔文或负371华氏度时会失去电阻。这大约是太阳系最冷行星天王星的温度。

直到1957年，科学家们才对超导如何以及为何发生产生了解释。在正常温度下，电子或多或少地独立漫游。它们撞击其他粒子，导致它们改变速度和方向并耗散能量。然而，在低温下，电子可以组织成新的物质状态。

“它们形成对，结合在一起形成一个集体状态，表现得像一个单一的实体，”桑托斯解释道。“你可以把他们想象成军队中的士兵。如果他们单独行动，就更容易转移注意力。但当他们齐心协力行进时，破坏他们的稳定就困难得多。这种集体国家以强有力的方式承载着潮流。”

“我们对世界了解的一切都有潜在的应用，”该论文的资深作者、埃默里大学物理学家路易斯·桑托斯说。图片来源：埃默里大学

物理学的圣杯

超导具有巨大的潜力。理论上，它可以允许电流通过电线，而不会加热电线或损失能量。这些电线可以传输更多的电力，效率更高。

“物理学的圣杯之一是室温超导性，它对于日常生活应用来说足够实用，”桑托斯说。“这一突破可能会改变文明的形态。”

许多物理学家和工程师正在这一前沿工作，以彻底改变电力的传输方式。

与此同时，超导已经找到了应用。超导线圈为用于医疗诊断的磁共振成像(MRI)机器中的电磁体提供动力。目前，世界上有一些磁悬浮列车正在运行，它们采用超导磁体，其强度是普通电磁体的10倍。当匹配的磁极彼此面对时，磁铁会相互排斥，产生能够悬浮并推动火车的磁场。

大型强子对撞机是科学家用来研究宇宙基本结构的粒子加速器，是贯穿超导技术的另一个例子。

超导性不断在更多材料中被发现，其中包括许多在较高温度下具有超导性的材料。

一个偶然的发现

桑托斯研究的重点之一是电子之间的相互作用如何导致超导形式，而1957年的超导描述无法解释这种形式。这种所谓的奇异现象的一个例子是振荡超导，当成对的电子以波的形式跳舞时，振幅就会发生变化。

在一个不相关的项目中，桑托斯要求卡斯特罗研究范霍夫奇点的具体性质，范霍夫奇点是许多电子态能量接近的结构。卡斯特罗的项目揭示了奇点似乎具有正确的物理性质来孕育振荡超导性。

这激发了桑托斯和他的合作者进行更深入的研究。他们发现了一种机制，可以让这些超导的舞动波态从范霍夫奇点中产生。

“作为理论物理学家，我们希望能够预测和分类行为，以了解自然是如何运作的，”桑托斯说。“然后我们就可以开始提出与技术相关的问题。”

一些高温超导体——其工作温度约为家用冰箱的三倍——具有这种舞动波行为。这种行为如何从范霍夫奇点中出现的发现为实验学家探索其所呈现的可能性领域提供了基础。

“我怀疑卡默林·翁内斯在发现超导性时是否正在考虑悬浮或粒子加速器，”桑托斯说。“但我们了解到的关于世界的一切都有潜在的应用。”

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：