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室温超导现象的新发现

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科学家们发现,用闪光触发超导现象的基本物理过程与设备所需的更稳定状态下的基本物理过程相同,这为产生室温超导现象开辟了一条新途径。

研究人员可以通过把一个系统摇晃到一个稍微不稳定的状态——科学家称之为“失衡”——来了解更多关于这个系统的信息,然后观察当它重新回到一个更稳定的状态时会发生什么,就像人们可以通过走出自己的舒适区来了解自己一样。

用超导材料钇钡铜氧(简称YBCO)进行的实验表明,在一定条件下,用激光脉冲使其失去平衡,可以使其超导——无损耗地导电——比研究人员预期的更接近室温。考虑到科学家们已经研究室温超导体超过30年了,这可能是一个重大突破。

但是,对这种不稳定状态的观察是否与高温超导体在现实世界中如何工作有关呢?在现实世界中,电力线、磁悬浮列车、粒子加速器和医疗设备的使用需要它们的稳定性?

今天发表在《科学进展》杂志上的一项研究表明,答案是肯定的。

“人们认为,尽管这种类型的研究很有用,但对于未来的应用来说,前景并不乐观,”美国能源部(DepartmentofEnergy)SLAC国家加速器实验室科学家、开展这项研究的国际研究小组负责人李(Jun-SikLee)表示。

“但是现在我们已经证明,这些不稳定态的基本物理过程与稳定态的基本物理过程非常相似。因此,这开辟了巨大的机会,包括其他材料也可能被轻推到一个短暂的超导状态与光。这是一个有趣的状态,我们看不到其它任何方式。”

正常情况下是什么样子?

YBCO是一种氧化铜化合物,也被称为铜酸盐,是年发现的一系列材料中的一员,这些材料能够在远高于科学家此前认为可行的温度下以零电阻导电。

与70多年前发现的传统超导体一样,YBCO在低于一定的转变温度时会从正常状态转变为超导状态。在这一点上,电子配对并形成一种冷凝物——一种电子汤——可以毫不费力地导电。科学家们对于这种现象在老式超导体中如何发生已经有了可靠的理论,但是对于它在YBCO这样的非传统超导体中如何工作仍然没有达成共识。

解决这个问题的一个方法是研究YBCO的正常状态,这本身就很奇怪。正常状态包含许多复杂的、相互交织的物质阶段,每个阶段都有可能帮助或阻碍向超导现象的转变,这些阶段争夺统治地位,有时甚至是重叠。更重要的是,在其中一些相位中,电子似乎能够相互识别并作出集体行为,就好像它们在相互拖拽。

这是一个真正的纠结,研究人员希望更好地了解它将有助于解释这些材料在温度远远高于传统superconductors.It

难以探索这些迷人的正常状态的理论极限的情况下,如何以及为什么会变成超导体,所以科学家们通常将他们的YBCO样品冷却到超导的程度,然后关闭超导现象来恢复正常状态。

开关通常是通过将材料暴露在磁场中来完成的。这是最受欢迎的方法,因为它使材料处于稳定的配置状态——这种配置状态是创建实用设备所需要的。超导现象也可以通过光脉冲关闭。这创造了一个正常的状态,有点失去平衡——从科学的角度来看,有趣的事情可能会发生。但是它不稳定的事实使得科学家们不敢假设他们在那里学到的任何东西也可以应用于稳定的材料,比如实际应用所需要的材料。

在这项研究中,Lee和他的合作者比较了两种开关方式——磁场和光脉冲——通过

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