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科技日報(bào)訊 （記者劉園園）美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的神秘狀態(tài)贗能隙與高溫超導(dǎo)性相互競爭的首個(gè)直接證據(jù)：贗能隙“搶走”了高溫超導(dǎo)體中的電子——這些電子本來可以配對并以百分之百的效率讓電流通過超導(dǎo)材料。這項(xiàng)研究由斯坦福大學(xué)和美國能源部斯坦福直線加速器中心的科研人員主導(dǎo)，研究結(jié)果近日發(fā)表在《自然·材料》中。

上世紀(jì)90年代中期，科學(xué)家在氧化銅超導(dǎo)體的能譜中發(fā)現(xiàn)了一種令人困惑的能隙，并將之稱為贗能隙。這種贗能隙看起來很像超導(dǎo)體中的電子留下的能隙，但是它是在十分溫和的溫度下出現(xiàn)，這種溫度下不可能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性。它是超導(dǎo)行為的導(dǎo)入階段？還是一種將超導(dǎo)性抑制在一定范圍內(nèi)的競爭狀態(tài)？它從哪里來？沒有人知道答案。

新研究發(fā)現(xiàn)，贗能隙是阻礙超導(dǎo)體在更高的溫度下工作的“絆腳石”之一。斯坦福直線加速器中心的科學(xué)家橋本表示，他們發(fā)現(xiàn)了確鑿的證據(jù)，證明贗能隙與超導(dǎo)性相競爭并抑制超導(dǎo)性。如果采取某種辦法消除這種競爭關(guān)系，或更好地處理它，科研人員就可能提高超導(dǎo)體的工作溫度。

他們使用了一種叫做“角分辨光電子能譜”（ARPES）的技術(shù)將電子從氧化銅材料中撞擊出來。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)12月22日（北京時(shí)間）報(bào)道，通過繪制這些被“驅(qū)逐”的電子的能量和動量的能譜，他們得以了解電子在材料內(nèi)部的表現(xiàn)。最終，他們通過多種測量發(fā)現(xiàn)，在關(guān)鍵的臨界溫度點(diǎn)，贗能隙和超導(dǎo)性在為爭搶電子而相互競爭。

斯坦福直線加速器中心的教授托馬斯·德弗羅形象地解釋說，贗能隙傾向于將那些試圖進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)的電子吞進(jìn)去，電子忙著在贗能隙中跳舞，超導(dǎo)性試圖插進(jìn)來，電子卻不讓它加塞兒。之后，當(dāng)材料進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，贗能隙就繳械投降，把電子釋放出來了。“這是我們獲得的關(guān)于贗能隙和超導(dǎo)性相互競爭的最強(qiáng)烈證據(jù)?！?/p>

德弗羅說，科學(xué)家依然不知道是什么導(dǎo)致贗能隙的出現(xiàn)，這是這一領(lǐng)域最重要的問題之一，因?yàn)轱@然它在阻止超導(dǎo)體在更高的溫度下工作。

但是科研人員認(rèn)為這一研究結(jié)果為更深入的研究指明了方向。橋本表示，現(xiàn)在他們可以通過理論計(jì)算模擬出贗能隙和超導(dǎo)性之間的關(guān)系，并通過改變參數(shù)來弄明白贗能隙到底是什么。橋本認(rèn)為，競爭可能僅僅是兩者關(guān)系的一個(gè)方面，還有更多深奧的問題等待破解，比如，贗能隙對于超導(dǎo)性的出現(xiàn)是不是必要的？