在新一期《科學(xué)》雜志上，美國紐約熨斗研究所團隊報告稱(chēng)，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)現涉及自1986年以來(lái)一直困擾科學(xué)家的一類(lèi)超導體——銅酸鹽。
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。最近對該模型的突破性計算正在幫助科學(xué)家更好地了解一類(lèi)稱(chēng)為銅酸鹽的高溫超導體。
圖片來(lái)源：西蒙斯基金會(huì )
超高速懸浮列車(chē)、遠距離無(wú)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(wú)電阻傳輸電力的超導材料，那么所有這些先進(jìn)應用都可以實(shí)現。在上個(gè)世紀大部分時(shí)間里，物理學(xué)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才能達到。1986年，銅酸鹽被發(fā)現，其高溫超導性震驚了科學(xué)界：銅酸鹽在-123℃仍能保持超導性。這會(huì )大幅降低冷卻成本。
團隊此次成功地用一個(gè)二維哈伯德模型再現了銅酸鹽超導的特征。該模型將銅酸鹽視為圍繞“量子棋盤(pán)”移動(dòng)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(shí)驗中出現的銅氧化物的超導性和其他幾個(gè)關(guān)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(wú)電阻地流過(guò)氧化銅層時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生超導性。模型將每一層描繪成一個(gè)棋盤(pán)，電子可以在其中向北、向南、向東、向西跳躍。這種復雜性來(lái)自于量子力學(xué)特性：這些層中都有電子，每個(gè)電子都有向上或向下的自旋。
在早期使用的簡(jiǎn)單哈伯德模型中，添加或刪除電子并不會(huì )產(chǎn)生超導性。相反，穩定的棋盤(pán)變成了條紋圖案。然而，當團隊將對角線(xiàn)跳躍因子添加到哈伯德模型中時(shí)，條紋僅被部分填充，超導性出現了。
這一新突破不僅將推進(jìn)高溫超導研究，而且對利用經(jīng)典計算研究量子世界帶來(lái)重要啟發(fā)。
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