每一根标准电缆，每一根电线，每一个电子设备都有一定的电阻。然而有一种超导材料能够在电阻为零的情况下传导电流——至少在非常低的温度下。找到一种在室温下表现得像超导体的材料，将是一项具有难以置信的概念和技术重要性的科学突破。它可能会带来广泛的新应用，从悬浮列车到医学的新成像技术。寻找高温超导体极其困难，因为许多与超导有关的量子效应还没有被很好地理解。固体物理学教授Bari?ic用铜酸盐进行实验，一个类材料的行为作为一个超导体在记录温度高达140 k在环境压力。Bari?ic现在和同事们想出一套引人注目的成果和新见解深刻改变我们思考的方式这些复杂的材料和高温超导，高温超导现象已经彻底研究了几十年，但是没有人破解问题。
博科园-科学科普：相当多的材料在接近绝对零度的温度下表现出超导行为，我们理解为什么在其中一些材料中会发生这种情况。但真正的挑战是理解铜酸盐的超导性，这种状态在高温下仍然存在。一种在室温下表现得像超导体的材料将成为固态物理学的圣杯——我们离这一目标越来越近了。Bari?ic和同事们已经表明，有两种不同类型的电荷载体在铜酸盐，并暗示超导至关重要的是取决于他们之间微妙的关系。其中一些电荷是局域的——这些载流子中的每一个都位于特定的原子集合中，只有在材料受热时才能移动。其他载流子可以移动，从一个原子跳到另一个原子。最终成为超导的是移动电荷，但超导性也只能通过考虑不移动的载流子来解释。
研究不同的铜酸盐，图片：Vienna University of Technology
移动和固定电荷载体之间的相互作用，控制系统的特性。显然固定电荷起着粘合剂的作用，将移动电荷对粘合在一起，形成所谓的库珀对，这是经典超导体背后的基本思想。一旦电荷载流子成对，就可以变成超导的，这种材料可以零电阻地传输电流。这意味着为了获得超导性，必须有一个微妙的平衡移动和不移动的电荷载体。如果局部充电站太少，那么就没有足够的“胶水”来匹配移动充电站。另一方面，如果移动充电运营商太少，那么“胶水”就无法配对。在这两种情况下，超导要么减弱，要么完全停止。在最佳的中间地带，超导性在非常高的温度下仍然存在。很难理解移动和静止电荷之间的平衡是随着温度或掺杂的变化而逐渐改变。
用铜酸盐做了很多不同的实验，收集了大量的数据。最后，现在可以为铜酸盐的超导性提出一个全面的现象学图景。最近在《科学进展》上发表了他的发现，证明超导性也以一种渐进的方式出现。这是朝着理解铜酸盐的目标迈出的重要一步，并为寻找新的、甚至更好的超导体提供了一种方法。如果能够制造出即使在室温下也能保持超导体的材料，这将对技术产生深远的影响。可以制造几乎不消耗任何能源的电子设备。利用超强超导磁体，可以建造悬浮列车，这样就可以实现廉价、超高速的交通。Neven Barisic说：我们还没有接近这个目标，但对高温超导的深入理解将为实现这一目标铺平道路，相信我们现在已经朝着这个方向采取了若干重要步骤。
对扭曲的双层石墨烯施加压力，将其推到一起，将材料从金属转变为超导体。图片：Ella Maru Studio
博科园-科学科普｜研究/来自:维也纳科技大学
参考期刊文献:《Science Advances》,《Quantum Materials》,《Nature Communications》
DOI: 10.1126/sciadv.aau4538
DOI: 10.1038/s41535-018-0115-2
DOI: 10.1038/s41467-018-06707-y
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