銅氧化物超導臨界溫度或有新決定因素

超導體

科技日報華盛頓8月17日電 （記者劉海英）美國能源部布魯克海文國家實驗室研究人員在17日出版的《自然》雜志上發表論文稱，銅氧化物的超導臨界溫度是由電子對密度——單位面積上的電子對數量決定的。這一結論對標準的超導理論提出了挑戰。標準超導理論認為，超導臨界溫度取決于電子對互動情況。

認清高溫超導機制有助于研發室溫超導材料，對超級計算機、磁懸浮交通系統、能源生產傳輸等領域具有革命性意義。自1986年發現銅氧化物具有高溫超導特性以來，科學家一直在探索高溫超導體臨界溫度遠高于常規超導體的原因。

布魯克海文國家實驗室利用其專門設計的分子束外延系統，制作了2500多份鍶鑭銅氧系超導體樣品（LSCO）用于分析。一般來說，在對LSCO薄膜進行工程改造過程中，需要添加鍶原子，這種摻雜會在氧化銅表層生成移動電子對，使LSCO和其他通常為絕緣體的銅氧化物變成超導體。

而此次研究中，研究人員加大了鍶的添加量，遠超誘發超導所需的摻雜水平。之前對過度摻雜的研究表明，隨著摻雜濃度增加，電子對的密度會降低，科學家將其歸因于晶格中的雜質或電子序列紊亂的影響。

為尋找答案，此次研究人員運用互感技術對LSCO工程薄膜進行測試，建立了精確的電子對密度與超導臨界溫度間的線性關系：過度摻雜后，隨著摻雜劑的增多，電子對密度與超導臨界溫度不斷下降，直到電子對歸零，此時超導臨界溫度降至接近0開爾文。這一結果明顯有悖于過去對金屬和常規超導體的標準理解。

　　如果說電子對密度決定超導臨界溫度，那么銅氧化物的超導臨界溫度高的原因或許是其電子對較小。以前研究表明，銅氧化物的電子對明顯要小于常規超導體的電子對。什么原因導致銅氧化物的電子對較小，是研究人員下一步要解決的問題。

 劉海英