铜氧化物超导临界温度或有新决定因素

刘海英

2016年08月19日08:37  来源:科技日报
 
原标题:铜氧化物超导临界温度或有新决定因素

  超导体

  科技日报华盛顿8月17日电 (记者刘海英)美国能源部布鲁克海文国家实验室研究人员在17日出版的《自然》杂志上发表论文称,铜氧化物的超导临界温度是由电子对密度——单位面积上的电子对数量决定的。这一结论对标准的超导理论提出了挑战。标准超导理论认为,超导临界温度取决于电子对互动情况。

  认清高温超导机制有助于研发室温超导材料,对超级计算机、磁悬浮交通系统、能源生产传输等领域具有革命性意义。自1986年发现铜氧化物具有高温超导特性以来,科学家一直在探索高温超导体临界温度远高于常规超导体的原因。

  布鲁克海文国家实验室利用其专门设计的分子束外延系统,制作了2500多份锶镧铜氧系超导体样品(LSCO)用于分析。一般来说,在对LSCO薄膜进行工程改造过程中,需要添加锶原子,这种掺杂会在氧化铜表层生成移动电子对,使LSCO和其他通常为绝缘体的铜氧化物变成超导体。

  而此次研究中,研究人员加大了锶的添加量,远超诱发超导所需的掺杂水平。之前对过度掺杂的研究表明,随着掺杂浓度增加,电子对的密度会降低,科学家将其归因于晶格中的杂质或电子序列紊乱的影响。

  为寻找答案,此次研究人员运用互感技术对LSCO工程薄膜进行测试,建立了精确的电子对密度与超导临界温度间的线性关系:过度掺杂后,随着掺杂剂的增多,电子对密度与超导临界温度不断下降,直到电子对归零,此时超导临界温度降至接近0开尔文。这一结果明显有悖于过去对金属和常规超导体的标准理解。

  如果说电子对密度决定超导临界温度,那么铜氧化物的超导临界温度高的原因或许是其电子对较小。以前研究表明,铜氧化物的电子对明显要小于常规超导体的电子对。什么原因导致铜氧化物的电子对较小,是研究人员下一步要解决的问题。

(责编:魏艳、赵竹青)

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