與傳統(tǒng)超導(dǎo)材料相比，高溫超導(dǎo)體在溫度高得多的條件下，承擔(dān)著零電阻導(dǎo)的電。自從30多年前被發(fā)現(xiàn)以來，由于其在磁懸浮列車和長(zhǎng)距離電線等技術(shù)上具有革命性的潛力，使得人們對(duì)高溫超導(dǎo)體產(chǎn)生了極大的興趣，但是科學(xué)家們?nèi)匀徊幻靼赘邷爻瑢?dǎo)體的原理是什么。

其中一個(gè)謎團(tuán)是，電荷密度波（在材料中運(yùn)行的電子密度高低的靜態(tài)條紋）已經(jīng)在高溫超導(dǎo)體的主要家族之一銅基銅酸鹽中發(fā)現(xiàn)。

但這些電荷條紋是增強(qiáng)超導(dǎo)性，抑制超導(dǎo)性，還是起到了其他作用？在獨(dú)立研究中，兩個(gè)研究小組報(bào)告了在理解電荷條紋如何與超導(dǎo)相互作用方面取得的重要進(jìn)展。這兩項(xiàng)研究都是在美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室用x射線進(jìn)行的。在發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》期刊上的研究論文中，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校(UIUC)研究人員利用SLAC的Linac相干光源(LCLS) x射線自由電子激光器，觀察了銅超導(dǎo)體中電荷密度波的波動(dòng)。

用傳統(tǒng)激光的脈沖干擾電荷密度波，然后使用x射線共振非彈性散射(RIXS)，觀察這些波在幾萬億分之一秒內(nèi)的恢復(fù)，這個(gè)恢復(fù)過程遵循一個(gè)普遍的動(dòng)態(tài)縮放定律：在所有的尺度上都是相同的，就像分形圖案在放大或縮小時(shí)看起來是一樣的。有了LCLS，科學(xué)家們第一次能夠精確地測(cè)量電荷密度波波動(dòng)的距離和速度。令人驚訝的是，研究小組發(fā)現(xiàn)，波動(dòng)并不像鈴聲或蹦床的彈跳；相反，它們更像是糖漿的緩慢擴(kuò)散：一種在固體中從未見過的液晶行為的量子模擬。

美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校彼得·阿巴蒙特教授團(tuán)隊(duì)的博士后研究員馬泰奧·米特拉諾(Matteo Mitrano)說：我們?cè)贚CLS的實(shí)驗(yàn)建立了一種研究電荷密度波波動(dòng)的新方法，這可能促使對(duì)高溫超導(dǎo)體如何工作的新理解產(chǎn)生。這個(gè)團(tuán)隊(duì)還包括來自斯坦福大學(xué)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所和布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員。發(fā)表在《自然通訊》上的另一項(xiàng)研究，利用斯坦福大學(xué)同步加速器輻射光源的x射線，發(fā)現(xiàn)了兩種電荷密度波的排列方式，在這些波與高溫超導(dǎo)之間建立了新的聯(lián)系。

在SLAC科學(xué)家李俊錫(Jun-Sik Lee)的帶領(lǐng)下，研究小組利用共振軟x射線散射(RSXS)來觀察溫度如何影響銅超導(dǎo)體中的電荷密度波。這解決了之前實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不匹配問題，并為全面繪制這些奇異超導(dǎo)材料中電子行為的圖譜開辟了新道路。相信，探索新的或隱藏排列方式，以及它們相互交織的現(xiàn)象，將有助于我們對(duì)銅酸鹽高溫超導(dǎo)性的理解，這將為研究人員設(shè)計(jì)和開發(fā)在更高溫度下工作的新超導(dǎo)體提供信息。

博科園｜研究/來自：SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室

參考期刊《科學(xué)進(jìn)展》

DOI: 10.1126/sciadv.aax3346

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