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較高溫度下超導性起源研究獲突破

發(fā)布時間：2024-5-31來源：青島市科學技術局點擊：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》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家的一類超導體——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材料，那么所有這些先進應用都可以實現(xiàn)。在上個世紀大部分時間里，物理學家認為，超導性只存在于-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)，其高溫超導性震驚了科學界：銅酸鹽在-123℃仍能保持超導性。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。這種調整結合超級計算機模擬，讓團隊捕捉到了先前實驗中出現(xiàn)的銅氧化物的超導性和其他幾個關鍵特征。
 
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，就會產生超導性。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。這種復雜性來自于量子力學特性：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生超導性。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，超導性出現(xiàn)了。
 
這一新突破不僅將推進高溫超導研究，而且對利用經典計算研究量子世界帶來重要啟發(fā)。 

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