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厄普顿，纽约——科学家们试图理解“条状排列”铜酸盐(具有电荷和磁性交替区域的铜氧化物材料)的超导机制，在试图关闭超导时发现了一种不寻常的金属状态。他们发现，在他们的实验条件下，即使材料失去了携带电流而没有能量损失的能力，它仍然保留了一些导电性——可能还保留了其超导超能力所需的电子(或空穴)对。
美国能源部布鲁克海文国家实验室的物理学家John Tranquada说:“这项工作提供了间接证据，证明电荷和磁性的条纹排列有利于形成超导所必需的电荷-载流子对。”爱游戏提现客服
来自布鲁克海文实验室和国家磁实验室的特拉奎达和他的合著者，在那里的一些工作是与磁实验室的物理学家Dragana P爱游戏提现客服opovic合作完成的，他们在《科学》杂志上描述了他们的发现一篇论文刚刚发表于科学的进步．
科学家们正在研究镧钡铜氧化物(LBCO)的一种特殊配方，这种配方在40开尔文(-233摄氏度)的温度下表现出一种不寻常的超导形式。这在超导体领域是相对温暖的。传统超导体必须用液氦冷却到接近-273°C(0开尔文或绝对零度)的温度，才能在不损失能量的情况下携带电流。理解这种“高温”超导性背后的机制，可能会指导在更高温度下工作的超导体的发现或战略设计。
“原则上，这种超导体可以通过零能量损耗的输电线路改善电力基础设施，”特拉奎达说，“或者用于强电磁铁，用于磁共振成像(MRI)等应用，而不需要昂贵的冷却。”
高t的奥秘c
LBCO是第一个高温(高tc)在大约33年前发现的超导体。它由氧化铜层组成，由镧和钡层隔开。钡对氧化铜层的电子比镧少，所以在特定的比例下，不平衡会在铜平面上留下电子空位，即空穴。这些空穴可以像电子一样充当载流子并配对，在低于30K的温度下，电流可以在三维空间中无阻力地穿过材料——无论是在层内还是层间。
这种材料的一个奇怪特征是，在氧化铜层中，在特定的钡浓度下，空穴分离成“条纹”，与磁对准区域交替。自1995年这一发现以来，关于这些条纹在诱导或抑制超导方面所起的作用一直存在很多争论。
2007年，特拉奎达和他的团队在40K的高温下发现了这种材料中最不寻常的超导形式。如果他们改变钡的量，使其刚好低于允许三维超导的量，他们就能观察到二维超导在铜氧化物层，但不是在它们之间。
“超导层似乎彼此分离，”理论学家茨维利克说。电流仍然可以在层内的任何方向上无损失地流动，但在垂直于层的方向上存在电阻率。这一观察结果被解释为电荷-载流子对正在形成“对密度波”，其方向在相邻层中相互垂直。“这就是为什么配对不能从一层跳到另一层。这就像试图在垂直方向上融入交通一样。它们不能合并，”茨维利克说。
超导条纹很难被消灭
在新的实验中，科学家们通过试图破坏LBCO的特殊配方，更深入地探索了这种不寻常的超导性的起源。“很多时候，我们通过把事情推向失败来测试它们，”特拉奎达说。他们的破坏方法是将材料暴露在佛罗里达州立大学产生的强磁场中。
特拉奎达解释说:“随着外部磁场变大，超导体中的电流也会越来越大，以试图抵消磁场。”“但是没有阻力的电流是有限制的。找到这个极限应该能告诉我们超导体有多强。”
LBCO在不同温度和磁场强度下的相图。颜色代表了材料对电流流动的抵抗力，紫色是没有电阻的超导体。当在没有磁场的情况下冷却到接近绝对零度时，这种材料就会成为三维超导体。随着磁场强度的增加，三维超导性消失，但在较高的磁场强度下，二维超导性再次出现，然后再次消失。在最高的电场下，电阻增加，但材料保留了一些不寻常的金属导电性，科学家们解释说，这表明即使超导性被破坏，电荷-载流子对也可能继续存在。
来源:布鲁克海文国家实验室爱游戏提现客服
例如，如果LBCO中电荷顺序和磁性的条纹不利于超导性，一个适度的磁场就会破坏它。“我们认为电荷可能会在条纹中冻结，这样材料就会变成绝缘体，”特拉奎达说。
但是超导性被证明要强大得多。
使用布鲁克海文物理学家Genda Gu生长的LBCO完美晶体，在特拉奎达实验室工作的博士后李阳木在国家磁实验室测量了材料在各种条件下的电阻和电导率。爱游戏提现客服在略高于绝对零度且没有磁场存在的温度下，这种材料表现出完整的三维超导性。在保持温度不变的情况下，科学家们必须显著提高外部磁场，以使三维超导性消失。更令人惊讶的是，当他们进一步增加场强时，氧化铜平面内的电阻又降到了零!
“我们看到了在40K时发现的相同的二维超导，”特拉奎达说。
增大电场进一步破坏了二维超导性，但它从未完全破坏材料携带普通电流的能力。
特拉奎达指出:“抵抗有所增加，但后来趋于平稳。
持久配对的迹象?
在最高磁场下进行的额外测量表明，材料中的载流子虽然不再具有超导性，但可能仍然以成对的形式存在，Tranquada说。
茨维利克说:“这种材料变成了一种金属，不再使电流偏转。”“只要在磁场中有电流，你就会期望电荷——电子或空穴——在垂直于电流的方向上发生偏转(科学家称之为霍尔效应)。但事实并非如此。没有任何偏离。”
换句话说，即使在超导性被破坏之后，材料仍然保持着“对密度波”的关键特征之一，这是超导状态的特征。
Tsvelik说:“我的理论将富含电荷的条纹的存在与它们之间的磁矩的存在联系起来，从而形成对密度波状态。”“在高场下无电荷偏转的观察表明，磁场可以破坏超导所需的相干性，而不一定会破坏对密度波。”
特拉奎达说:“这些观察结果共同提供了额外的证据，表明条纹适合配对。”“我们看到二维超导在高场下重新出现，然后在更高的场下，当我们失去二维超导时，材料不仅仅成为绝缘体。还有电流在流动。我们可能失去了成对的连贯运动之间的条纹，但条纹中仍然可能有成对的条纹，它们可以不连贯地移动，给我们一种不寻常的金属行为。”
故事由布鲁克海文国家实验室提供爱游戏提现客服
