北京
电阻数据揭示了电子摩擦的主要来源。
物理学家已经确定了这样一种微观机制：它使电流能够在电子掺杂的高温铜氧化物中无损耗地流动。布里斯托大学团队牵头的一项新研究证实，涨落的电子自旋使电子能够配对，从而以零电阻传输电流。
为分离出这一机制，来自英国、荷兰、中国和美国的研究人员用镧铈铜氧化物构建了一个人工薄膜样品。他们以原子层为单位将该材料沉积到基底上。
沿着这条薄膜带，他们逐渐用铈替代镧。这种替代引入了额外的导电电子，并形成了临界转变温度的平滑梯度。这使得临界超导点在一个样品内从最高值逐渐降至零。
抑制超导态
“随后，研究人员利用光刻技术在薄膜上沿路制作了一系列电接触点，”一份媒体新闻稿解释说。这种设计使他们能够测试具有不同临界温度的区域，同时保持整个样品中的材料无序程度一致。
接下来，研究人员将薄膜置于荷兰欧洲强磁场实验室的高功率磁体中。他们用强磁场抑制超导态，并记录了电阻随温度、磁场强度和临界点的变化。
“然而，促成更高温度超导性的过程一直是一个谜团，也令人着迷，”该研究的共同第一作者、布里斯托大学物理学教授奈杰尔·赫西说。
“通过在荷兰欧洲强磁场实验室进行的测量以及随后的仔细分析，我们找到了确凿证据，它解开了部分谜题，并解释了这种令人困惑的状态的成因。”
揭示摩擦来源
对这些电阻数据的分析揭示了电子摩擦的主要来源。电子直接受到涨落电子自旋的散射。由于这种相互作用的强度与沿薄膜带的临界转变温度密切匹配，团队确认自旋涨落导致了这种材料中的超导态。
然而，团队强调，这一发现只解决了更广泛问题的一部分。
母体铜氧化物材料可以通过两种不同方式转变为超导体。第一种方法是加入额外电子，研究人员在这里通过使用铈实现了这一点。第二种方法是移除电子，留下称为空穴的空位。
最高转变温度仅出现在空穴掺杂材料中。当布里斯托大学领导的团队将他们的新数据与此前对空穴掺杂样品的高场研究进行比较时，他们发现仅靠自旋相互作用无法解释更高的性能。
尽管这两种材料具有相同的化学基础，但其内部排列不同。研究人员得出结论，必定还有第二个未知因素与自旋涨落共同作用，才能在空穴掺杂一侧产生更高的工作温度。
对下一代技术至关重要
这一发现标志着与更早的传统超导体明显不同。在这些低温金属中，电子配对依赖于晶格中离子的缓慢振动。高温铜氧化物则需要快得多的相互作用，而电子自旋提供了这种相互作用。
解决完整机制对于推进依赖零电阻的技术仍然至关重要。这些系统被用于制造医学成像扫描所需的强磁体、高效电力电缆和超灵敏测量设备。
“虽然我们已经找到了第一个关键要素，但现在的任务是去寻找第二个，”赫西教授总结道。“只有到那时，理论家才能为高温超导性构建完整图景。”
该研究发表在《自然·物理学》期刊上。
如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
