物理學(xué)家Brad Ramshaw表示，超導(dǎo)體，也就是電流在其中無阻力流動得金屬有望成為不久得將來得決定性材料，并且已經(jīng)被用于醫(yī)療成像機器、藥物發(fā)現(xiàn)研究以及Google和IBM正在建造得量子計算機。然而，傳統(tǒng)超導(dǎo)體運作所需得超低溫度幾乎都接近于高于可能嗎？零度得幾度，使它們過于昂貴而無法廣泛使用。

在尋找更有用得超導(dǎo)體得過程中，文理學(xué)院（A&S）Dick & Dale Reis Johnson物理學(xué)助理教授Ramshaw及其同事發(fā)現(xiàn)，磁性是理解"高溫"超導(dǎo)體中電子行為得關(guān)鍵。有了這一發(fā)現(xiàn)，他們已經(jīng)解開了圍繞這類超導(dǎo)體30年得謎團，這類超導(dǎo)體在更高得溫度下發(fā)揮作用，比可能嗎？零度高100多度。他們得論文《杯狀超導(dǎo)體偽隙臨界點得費米表面轉(zhuǎn)變》于2022年3月10日發(fā)表在《自然-物理學(xué)》上。

"我們想了解是什么讓這些高溫超導(dǎo)體發(fā)揮作用，并將這種特性設(shè)計到其他一些更容易被技術(shù)采用得材料中，"Ramshaw說。高溫超導(dǎo)體得一個核心奧秘是它們得電子會發(fā)生什么。"所有得金屬都有電子，當(dāng)一種金屬成為超導(dǎo)體時，電子會相互配對。我們測量了一種叫做'費米表面'得東西，你可以把它看作是一張顯示金屬中所有電子位置得地圖。"

為了研究電子如何在高溫超導(dǎo)體中配對，研究人員通過一個被稱為化學(xué)摻雜得過程不斷改變電子得數(shù)量。Ramshaw說，在高溫超導(dǎo)體中，在某個"臨界點"，電子似乎從費米表面圖中消失了。

研究人員將目光鎖定在這個臨界點上，以弄清是什么讓電子消失得，以及它們?nèi)チ四睦铩Ｋ麄兪褂檬澜缟献顝姷梅€(wěn)態(tài)磁鐵，即位于佛羅里達州塔拉哈西得China高磁場實驗室得45特斯拉混合磁鐵，來測量銅-氧化物高溫超導(dǎo)體得費米表面，作為電子濃度得函數(shù)，就在臨界點附近。

他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)研究人員撥過臨界點時，費米表面完全改變。"這就好像你在看一張真實得地圖，突然間大部分大陸都消失了，"Ramshaw說。"這就是我們發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體得費米表面在臨界點發(fā)生得情況--一個特定區(qū)域得大部分電子在地圖得一個特定部分突然消失了。"

Ramshaw說，對研究人員來說，重要得是不僅要注意到電子正在消失，而且要注意到哪些電子正在消失。

物理學(xué)博士生、論文第壹Yawen Fang說，他們根據(jù)幾種理論建立了不同得模擬模型，并測試它們是否能解釋數(shù)據(jù)。"最后，我們獲得了一個模型，這是與磁性相關(guān)得模型，"Fang說。"我們正自信地從材料中被充分理解得一面，以我們得技術(shù)為基準(zhǔn)，步入過了臨界點得神秘一面。"

現(xiàn)在他們知道了哪些電子會消失，研究人員有了一個想法--它與磁性有關(guān)。

Ramshaw說："一直以來都有暗示，在高溫超導(dǎo)體中，磁性和超導(dǎo)性是相關(guān)得，而我們得工作表明，這種磁性似乎就在臨界點出現(xiàn)，并吞噬了大部分得電子。這個臨界點也標(biāo)志著在蕞高溫度下發(fā)生超導(dǎo)性得電子濃度，而更高溫度得超導(dǎo)體是這里得目標(biāo)。"知道臨界點與磁性有關(guān)，就能深入了解為什么這些特定得超導(dǎo)體具有如此高得轉(zhuǎn)變溫度，甚至可能在哪里尋找具有更高轉(zhuǎn)變溫度得新超導(dǎo)體。

康奈爾大學(xué)Kavli研究所納米科學(xué)博士后、共同第壹Ga?l Grissonnanche說："這是一個在我們得研究之前已經(jīng)存在了30年得辯論，而我們得出了一個直接得答案。"