研究人员首次成功用“第五种物质形态”制造出新型超导体

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研究人员首次成功用“第五种物质形态”制造出新型超导体

据外媒New Atlas报道,超导体–电流在其中无任何阻力地流动的材料–对未来的电子学非常有用。现在,东京大学的工程师们首次成功地从一种被称为“玻色-爱因斯坦凝聚态”(BEC)的物质状态中制造出了超导体。

玻色-爱因斯坦凝聚态有时被称为第五种物质形态,仅次于人们熟知的固体、液体、气体和等离子体,它是将玻色子气体冷却到几乎最冷的温度时发生的。实验表明,在这一点上,可以在宏观尺度上观察到量子现象。科学家们以玻色·爱因斯坦凝聚态为出发点,创造了超固体、exitonium、量子球闪电和表现出负质量的液体等奇异的物质状态。

“玻色-爱因斯坦凝聚态是一种独特的物质状态,因为它不是由粒子组成的,而是由波组成的,”该研究的主要作者Kozo Okazaki说。“当它们冷却到接近绝对零度时,某些材料的原子会在空间上变得涂抹出来。这种涂抹增加,直到原子–现在更像波浪而不是粒子–重叠,变得彼此无法区分。由此产生的物质表现得就像它是一个单一的实体,具有之前的固体、液体或气体状态所缺乏的新特性。”

现在,在新的研究中,东京的研究人员已经展示了玻色-爱因斯坦凝聚态的超导性–这是以前从未在实验中得到验证的。这一壮举是通过用铁和硒原子云制造玻色-爱因斯坦凝聚态来实现的。

这一发现的关键来自于与一种类似形式的物质的重叠,这种物质被称为Bardeen-Cooper-Shrieffer(BCS)体系。玻色-爱因斯坦凝聚态,BCS也是通过将原子云几乎冷却到绝对零度而形成的,但这里的不同之处在于,当它们这样做时,原子会放慢速度并排成一排。这意味着电子可以更容易地通过它们,从而实现超导性。

新研究的研究人员希望了解在BCS和BEC之间的过渡过程中会发生什么,以及是否在BEC中可以实现超导性,或者是否仅限于BCS。研究小组利用光发射光谱观察电子在两种材料中的表现,果然他们看到BEC中存在一些超导性。

实际上,这一发现对于普通大众来说并没有任何直接的应用,但加深我们对这一现象的理解只会帮助科学家在未来创造出更好的超导体。这反过来又可以带来更快、更高效的电子产品。

“证明BEC的超导性是一种手段,我们真正希望探索BEC和BCS之间的重叠。”Okazaki说。“这是极具挑战性的,但我们独特的仪器和观测方法已经验证了这一点–这些体系之间存在着平稳的过渡。而这暗示了超导背后更普遍的基础理论”

该研究发表在《科学进展》杂志上。

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