首个天然矿物中的非常规超导性

超导体是一种在极低温下表现出零电阻和完全磁通排斥的物质。这意味着，当超导体处于超导态时，电流可以无阻碍地在其中流动，而且磁场无法穿透其内部。超导体的这些特性使得它们在许多领域具有重要的应用，包括磁共振成像（MRI）、磁悬浮列车、高能物理实验等。

BCS理论是超导体领域中最重要的理论之一，它由约翰·巴丁（John Bardeen）、列昂尼德·库珀（Leon Cooper）和罗伯特·施里弗（Robert Schrieffer）于1957年提出，他们因此获得了1972年的诺贝尔物理学奖。BCS理论是对超导现象的微观解释，它基于量子力学原理，尤其是电子的波动性和电子-声子相互作用。

在BCS理论中，超导体的超导性质主要归因于电子之间的库珀对形成。库珀对是一种由两个电子组成的配对，这种配对的形成是由于晶格内部的声子振动引起的。晶格振动会在晶格内部产生一个准粒子，被称为库珀对。这个概念的关键在于，由于库珀对内部电子之间的相互作用，它们会以一种集体的方式协同运动，使得整个系统的自由能降低，从而产生超导现象。

BCS理论的提出极大地推动了对超导体的理解和应用，但它并不能完全解释所有超导体的现象。近年来，科学家们发现了一些新型超导体，其超导机制与传统的BCS理论不同，被称为“非常规超导性”。非常规超导性是凝聚态物理学中一个重要的研究领域，其机制尚未完全阐明。研究新型非常规超导材料，对于理解超导性机制和开发新型超导应用具有重要意义。

此前，非常规超导性只在实验室人工合成的材料中被观察到。直到最近，一项突破性的发现彻底改变了这一局面：科学家们在一种名为黝帘石的天然矿物中发现，它在5.4开尔文的低温下表现出超导性，并且找到了非常规超导性的确凿证据。该论文已发表在《Communications Materials》杂志上。

黝帘石是一种稀有的矿物，存在于某些岩层中，其化学式为 Rh17S15。为了探究黝帘石的超导特性，研究人员对其进行了低温测试。其中一项关键测试是测量伦敦穿透深度，该深度代表了弱磁场能够进入超导体内部的程度。在传统超导体中，伦敦穿透深度在低温下保持恒定。然而，在黝帘石中，伦敦穿透深度却随着温度的变化而变化，这正是非传统超导性的标志性特征。

具体来说，Rh17S15中的伦敦穿透深度随温度的变化Δλ（T）在低于0.3Tc的温度范围内呈线性关系，即Δλ（T）与温度成正比。这种T-linear的行为表明Rh17S15的超导态具有节点超导性，类似于高温铜氧化物中的实验观察结果。这种温度依赖性延伸到非常低的温度，表明样品处于洁净极限状态。实验结果还表明Rh17S15的超导态特征由单一能隙决定，与热容测量的结论一致。通过对超流体密度的分析，发现Rh17S15中存在具有线节点的能隙结构。

这一发现具有重要意义，首先它表明非常规超导性并非局限于实验室合成材料，也存在于自然界中，这将极大地拓展我们寻找新型超导材料的视野。其次，研究黝帘石超导性机制，有助于我们更深入地理解非传统超导性这一物理现象，并为开发更高临界温度的下一代超导材料奠定基础。

尽管这项发现令人振奋，但仍有许多问题需要进一步探索。例如，天然黝帘石中可能存在影响其超导特性的杂质，因此研究纯合成形式的黝帘石对于进一步研究至关重要。