高温超导材料的“量子临界点”
来源:爱集微 发布时间:2017-01-29 分享至微信

  2017年1月9日上午,国家科学技术奖励大会在京召开,中国科学院物理研究所赵忠贤院士荣获2016年度国家最高科学技术奖,中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平向赵忠贤院士颁奖。

  赵忠贤是我国高温超导研究主要的倡导者、推动者和践行者,为高温超导研究在中国扎根并跻身国际前列做出了重要贡献,是我国高温超导研究的奠基人之一,也是新中国培养的科学家的杰出代表之一。赵院士的获奖也将大众的目光再一次聚焦在“高温超导体”。

  超导(全称超导电性),是指某些材料在温度降低到某一临界值(即超导临界温度)以下时,电阻突然消失的现象。具备这种特性的材料称为超导体。

  有的超导体能在室温或接近室温的状态下工作,在对这种超导体看似永无止境的搜索中,研究人员已经发现了超导体的许多一般特性。其中之一是,超导体似乎可以分为两类,一类材料只在比绝对零度略高的环境中展现出超导特性,而另一类则在略高温度下也具有超导性。后者被称为高临界温度(TC)超导体。

  不幸的是,研究人员在理解这种材料为什么展现出如此特性方面进展甚微。现在,由日本、英国和美国的研究人员组成的团队的最新研究发现,至少这种超导体的其中之一可能有一个量子临界点(QCP)。

  材料的量子临界点类似于普通材料的相变,如冰融化成水。在量子世界中,该现象的发生是基于电子载体而不是原子排列的变化,因此是互动而非组织的结果。在量子临界点上,由于量子涨落,材料的性质发生突变。研究人员曾经怀疑,高临界温度超导体之所以具有超导性(电阻为0),是因为其存在一个量子临界点,但迄今为止尚未证实。

  在这项新的研究中,该团队已经接近证实了。出于对元素周期表中位置的考虑,他们选择了一种具有高临界温度超导性的铁磷化物,砷。为了测试该材料的量子临界点,这个团队首次添加了一个掺杂因素以提供额外电荷。在置于极端低温情况下并添加了适量的掺杂因素时,该材料成为了超导体。

  为了检测材料是否具有高温超导性,该团队转而使用另一种称为“伦敦穿透深度”的测量方法。这种方法让该团队得以观察到,当掺杂因素调整至最佳值时,他们样品的穿透深度出现了一个显著的跃变。

  不幸的是,尽管这个跃变是表明该高温超导体样品可能具有量子临界点的较好标志,但它也并非决定性的证据。但它已经相当接近了,足以为研究人员提供新的信念,让他们相信其理论模型是正确的,并有可能导向新的研究,来揭开围绕着超导材料的其它奥秘。

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