赝能隙或是高温超导体的新相位

2010-7-16 00:00 来源: 科技日报
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  通过多年的观察,美国纽约州立大学宾汉姆顿学院物理学家迈克尔·劳勒和同事找到了解开高温超导领域所谓“赝能隙”现象的关键“钥匙”。“赝能隙”或许是高温超导物质的另外一个相位(phase)。新发现或将推进室温超导研究的发展。

  高温超导是指材料在某个相对较高的临界温度,电阻突降至零。科学家一直认为,超导体只能在极低的温度下才能导电,然而,1986年科学家发现了第一种高温超导材料——镧钡铜氧化物。自那以后,铜基超导材料成为全世界物理学家的研究热点。

  高温铜氧化物超导体的一个长久未解之谜是“赝能隙”。“赝能隙”自从1989年被发现后,有关它的起源以及与超导之间的关系就一直是研究高温超导机理问题的核心。

  所谓“赝能隙”现象,是指低能电子激发在高温超导物质中消失的现象,一种经历过这种罕见现象的物质将变得相当绝缘,但是,在其他方面却同超导体一样。因为这种现象可以在室温下发生,科学家相信,超导性可能也可以在室温下存在,因此,解决赝能隙与超导的关系,可以促进室温超导领域的发展。

  劳勒同康奈尔大学、布鲁克海文国家实验室以及日本、韩国等实验室的物理学家携手,对多年来所研究的高温超导体Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)收集到的关键数据进行了分析;另外,康奈尔大学提供的扫描隧道显微镜,让研究人员能够观察到很大范围内单个原子的活动。

  迈克尔·劳勒团队发现,在该高温超导物质内部,每一个二氧化铜晶胞内两个相邻氧原子的电子状态完全不同,并在该物质电子结构内发现了一个被破坏了的对称。

  他们将这一非对称电子状态与棒状聚合物进行了比较。普通原子一般只有固体、液体和气体三种相位,而棒状聚合物拥有更多的相位:在高温下处于气体状态,而在温度更低时,所有的棒都指向一个方向,与此同时,这些棒能够像气体或者液体一样四处移动,物理学家将这一物质状态称为向列相(nematic phase)。在这个相位下,棒的组织结构同研究人员在与赝能隙相关的电子状态内观察到的一样,也就是说,赝能隙与向列相非常接近。

  劳勒因此大胆宣称,“赝能隙”实际上是这类超导物质的另一个相位。