超導(dǎo)是一種電路失去電阻，在一定條件下變得極其有效的現(xiàn)象。有不同的方式可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，而這些方式被認(rèn)為是不相容的?，F(xiàn)在科學(xué)家們首次在這兩種實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的方法之間發(fā)現(xiàn)了一座橋梁，

這一新知識(shí)可能會(huì)促使對(duì)這一現(xiàn)象的更全面理解，并有一天會(huì)應(yīng)用到這一領(lǐng)域。眾所周知，物質(zhì)常見(jiàn)的有三種狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，還有誒第四種狀態(tài)叫做等離子態(tài)。

等離子體就像一種氣體，它變得如此之熱，所有的組成原子都分崩離析，留下了一堆超熱的亞原子粒子。但在溫度計(jì)的另一端有第五種物質(zhì)狀態(tài)，稱為玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)(BEC)。東京大學(xué)固態(tài)物理研究所的岡崎小三副教授說(shuō)：玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)是一種獨(dú)特的物質(zhì)狀態(tài)，因?yàn)樗皇怯闪Ｗ訕?gòu)成的，而是由波構(gòu)成的。當(dāng)它們冷卻到接近絕對(duì)零度時(shí)，某些材料的原子就會(huì)散落在太空中。這種涂抹會(huì)增加，直到原子（現(xiàn)在更像波而不是粒子）重疊，彼此變得難以區(qū)分。

由此產(chǎn)生的物質(zhì)表現(xiàn)得就像是一個(gè)單一實(shí)體，具有之前的固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)所缺乏的新性質(zhì)，比如超導(dǎo)。直到目前，超導(dǎo)玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體還只是理論上的，但科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里用一種基于鐵和硒（一種非金屬元素）的新型材料證明了這一點(diǎn)。這是玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)第一次被實(shí)驗(yàn)證實(shí)是作為超導(dǎo)體是可行的；然而，物質(zhì)的其他表現(xiàn)形式或狀態(tài)也可以引起超導(dǎo)。Bardeen-Cooper-Shrieffer(BCS)體系是一種物質(zhì)“安排”，當(dāng)冷卻到接近絕對(duì)零度時(shí)，組成原子減速并排列成一條直線，這使得電子更容易通過(guò)。

這有效地將這類材料的電阻降為零，BCS和玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)都需要超低溫條件，而且都涉及到原子的減速。但在其他方面，這些制度截然不同。很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，研究人員一直認(rèn)為，如果能夠發(fā)現(xiàn)這些機(jī)制在某種程度上重疊，就可以對(duì)超導(dǎo)有更普遍的理解。東京大學(xué)固態(tài)物理研究所的岡崎小三副教授說(shuō)：展示玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)（BEC）的超導(dǎo)電性是達(dá)到目的的一種手段，我們真希望探索BEC和BCS之間的重疊。

這極具挑戰(zhàn)性，但應(yīng)用獨(dú)特的觀測(cè)儀器和方法已經(jīng)證實(shí)了這一點(diǎn)：這些機(jī)制之間存在平穩(wěn)過(guò)渡。這暗示了超導(dǎo)背后更普遍的潛在理論，現(xiàn)在是從事這一領(lǐng)域工作令人興奮的時(shí)刻。岡崎和及其研究團(tuán)隊(duì)使用基于超低溫和高能量分辨率的激光光電子能譜方法，觀察了一種材料從BCS到玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中電子的行為方式。電子在這兩個(gè)區(qū)域中的行為不同，它們之間的變化，有助于填補(bǔ)超導(dǎo)更大圖景中的一些空白。

然而，超導(dǎo)不僅僅是實(shí)驗(yàn)室里的奇聞異事；像電磁鐵這樣的超導(dǎo)設(shè)備已經(jīng)在應(yīng)用中使用了，世界上最大的粒子加速器大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)就是這樣一個(gè)例子。然而，如上所述，這些設(shè)備需要超低溫，這阻止了我們可能每天都會(huì)看到的超導(dǎo)設(shè)備發(fā)展。因此，人們對(duì)尋找在更高溫度下形成超導(dǎo)體的方法非常感興趣也就不足為奇了，也許有一天甚至?xí)谑覝叵滦纬沙瑢?dǎo)體。有了超導(dǎo)玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)的確鑿證據(jù)，這將促使其他研究人員探索越來(lái)越高溫度下的超導(dǎo)。

博科園｜研究/來(lái)自：東京大學(xué)

參考期刊《科學(xué)進(jìn)展》

DOI: 10.1126/sciadv.abb9052

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