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較高溫度下超導(dǎo)性起源研究獲突破

發(fā)布時間:2024-5-31來源:青島市科學(xué)技術(shù)局點擊:返回列表

該圖顯示了電子(可以向上或向下自旋)如何在哈伯德模型中形成條紋圖案。
圖片來源:西蒙斯基金會
科技日報北京5月20日電 (記者張夢然)在新一期《科學(xué)》雜志上,美國紐約熨斗研究所團隊報告稱,他們在理解相對較高溫度下超導(dǎo)性起源方面取得了突破。這些發(fā)現(xiàn)涉及自1986年以來一直困擾科學(xué)家的一類超導(dǎo)體——銅酸鹽。
 
超高速懸浮列車、遠距離無損電力傳輸、更快的核磁共振機器……如果人們能夠制造出室溫下無電阻傳輸電力的超導(dǎo)材料,那么所有這些先進應(yīng)用都可以實現(xiàn)。在上個世紀大部分時間里,物理學(xué)家認為,超導(dǎo)性只存在于-243℃(高于絕對零度約30℃)以下的極低溫度,但如此低溫需要昂貴的冷卻系統(tǒng)才能達到。1986年,銅酸鹽被發(fā)現(xiàn),其高溫超導(dǎo)性震驚了科學(xué)界:銅酸鹽在-123℃仍能保持超導(dǎo)性。這會大幅降低冷卻成本。
 
團隊此次成功地用一個二維哈伯德模型再現(xiàn)了銅酸鹽超導(dǎo)的特征。該模型將銅酸鹽視為圍繞“量子棋盤”移動的電子,在模型中,研究人員為電子賦予了對角跳躍的能力,就像國際象棋中的象。這種調(diào)整結(jié)合超級計算機模擬,讓團隊捕捉到了先前實驗中出現(xiàn)的銅氧化物的超導(dǎo)性和其他幾個關(guān)鍵特征。
 
團隊將銅酸鹽想象為氧化銅層與其他離子層交替的烤寬面條。當電流無電阻地流過氧化銅層時,就會產(chǎn)生超導(dǎo)性。模型將每一層描繪成一個棋盤,電子可以在其中向北、向南、向東、向西跳躍。這種復(fù)雜性來自于量子力學(xué)特性:這些層中都有電子,每個電子都有向上或向下的自旋。
 
在早期使用的簡單哈伯德模型中,添加或刪除電子并不會產(chǎn)生超導(dǎo)性。相反,穩(wěn)定的棋盤變成了條紋圖案。然而,當團隊將對角線跳躍因子添加到哈伯德模型中時,條紋僅被部分填充,超導(dǎo)性出現(xiàn)了。
 
這一新突破不僅將推進高溫超導(dǎo)研究,而且對利用經(jīng)典計算研究量子世界帶來重要啟發(fā)。 

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