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解开高临界温度铜基超导体谜团,证明奇异金属关键量子临界点存在

2023-12-10 寰宇科学

使用一种称为 RIXS 的技术,来自米兰理工大学、查默斯理工大学、罗马第一大学科学家们成功证明奇异金属“量子临界点”的存在,使高温铜氧化物超导体研究取得进展。

量子临界点与奇异金属(strange metal)现象息息相关,前者是确定材料性质仅因量子效应而突然发生变化的特定条件,即界定材料是否为超导体、如何变成超导体的评估标准,后者则是电子高度量子纠缠、透过量子临界扰动产生的新颖物质状态。

就像水在微观尺度下,因量子效应而在摄氏零度出现意料之外的“量子相”,铜酸盐(cuprate)这类化合物也会因量子涨落现象而转变成奇异金属,且铜酸盐超导体还是目前已知临界温度最高的超导材料。

过去科学家进行过各种严密实验和检测,但尚未完全理解量子临界点这个关键特征;现在米兰理工大学、查默斯理工大学、罗马第一大学团队基于欧洲同步辐射设施(ESRF)、英国同步辐射设施(DLS)进行 X 射线散射实验,发现电荷密度涨落的存在影响了铜酸盐电阻,从而使它们变得“奇异”。

使用一种称为 RIXS 的技术系统性测量这些涨落能量如何变化,可以确定能量最小时的载流子密度(Charge Carrier Density),也就是证明量子临界点存在,从而推进科学家对铜酸盐金属态异常性质的理解,也让我们更理解高温超导背后仍然模煳的机制。

有趣的是,阳明交大电子物理系教授仲崇厚团队去年也发现奇异金属与量子临界点有关,解释了铈钯铝金属化合物出现的 2 种奇异金属性质,以及其稳定存在的量子临界相,解开这类材料出现奇异金属现象的谜团。

这些研究都能让科学家设计出具更高临界温度、也更容易在未来得到应用的新超导材料。


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