新物質態庫珀對量子金屬態首次證實 有望催生新型電子設備
時間：2019-11-18 來源：科技日報
多年來，物理學家一直認為，使超導成為可能的電子對——庫珀對是“雙面嬌娃”：既可形成超導態，也可形成絕緣態，但故事并沒有結束！中美科學家在新一期《科學》雜志撰文稱，庫珀對還可像普通金屬一樣導電。研究人員表示，最新發現描述了一種全新物質態——量子金屬態，有望催生新型電子設備，但仍需新理論予以解釋。
庫珀對以布朗大學物理學教授萊昂·庫珀的名字命名，他因描述庫伯對在實現超導性方面的作用而榮膺1972年諾貝爾獎。當電子在原子晶格中四處移動時，會產生電阻，但當電子“配對”成庫珀對時，它們會“變臉”。電子是費米子，遵循泡利不相容原理——每個電子都傾向于保持自身量子態；但庫珀對像玻色子，可共享相同狀態，這使庫珀對之間的行動能相互協調，從而將電阻降到零，產生超導性。而在二維超導薄膜中的庫珀對受到無序等影響而局域化時會形成絕緣態。
最近，中國電子科技大學熊杰教授、北京大學物理學院王健教授與美國布朗大學的吉姆·瓦雷斯教授等攜手，發現了超導薄膜中非超導金屬態內的庫珀對：他們將高溫超導體釔鋇銅氧化物（YBCO）制成多孔薄膜，當材料有電流流過并暴露于磁場時，材料中的載荷子會繞小孔運動。結果表明：“這一金屬態下的載荷子是庫珀對，而非單個電子?！?/span>
王健稱，表現為玻色子的庫珀對導致這種金屬態令人驚訝，因為有量子理論認為這不可能。這一新物質態可被稱為玻色金屬、量子金屬或反常金屬，理解這一狀態有望開啟新物理學，但仍需更多研究。此外，高溫超導體系中量子玻色金屬的證實不僅對量子材料的認知具有重要意義，也有望催生新型電子器件。
