幾十年來，科學家一直在努力實現- 材料在高溫下以 100% 效率傳輸電流的能力。
超導有潛力徹底改變幾乎所有依賴電力的事物，例如運算、電網和交通。 由於電流可以毫無阻力地穿過這些材料，這意味著它們非常有效率且極具成本效益。 但我們一直在努力在實際溫度下實現超導。
過去，人們認為超導性只能在接近絕對零度（約攝氏-273度）的情況下發生，但值得慶幸的是，在過去的幾十年裡，科學家們已經成功地在相對溫和的溫度（- 135攝氏度）下實現了超導性。
本月早些時候，研究人員甚至實現了令人難以置信的壯舉室溫超導有史以來第一次——但只持續了（字面上的）一瞬間。
儘管取得了一些進步，人們總是感覺到高溫超導的發展似乎有些障礙。 現在科學家認為他們可能知道那是什麼——一種被稱為「贗能隙」的神秘物質相。
過去20年來，史丹佛大學和美國SLAC國家加速器實驗室的研究人員一直在試圖弄清楚贗能隙是有助於還是阻礙高溫超導性。
他們終於找到了第一個直接證據，證明這一階段的物質竊取了電子，否則這些電子會配對並允許材料超導。
主要作者 Makoto Hashimoto 表示：“現在我們有了明確的確鑿證據，表明贗能隙相與超導性競爭並抑制超導性。”在新聞稿中。 “如果我們能夠以某種方式消除這種競爭，或者更好地處理它，我們也許能夠提高這些超導體的工作溫度。”
兩個階段之間的關係如下圖所示。
贗能隙首先是使用角分辨光電子能譜（ARPES）技術發現的，該技術將電子從氧化銅材料中敲出，以便研究人員可以繪製它們的行為，然後計算它們在材料內部的行為。
幾十年來，研究人員一直在利用銅氧化物進行這項研究，銅氧化物是已知的極少數能夠在攝氏 -135 度左右的相對高溫下表現出超導性的材料之一。
在超導期間，電子離開其通常的位置並配對成庫柏對，這樣它們就可以零電阻和 100% 的效率導電。 研究人員能夠使用 ARPES 作為電子行為圖中的明顯間隙來觀察這種行為。
但在 1990 年代中期，他們在氧化銅圖中發現了另一個奇怪的缺口。 它看起來像是電子成對移動時留下的“超導”間隙，但它是在對於超導而言太高的溫度下觀察到的。 他們將這個階段稱為贗能隙，並從那時起就一直在研究它。
為了最終弄清楚發生了什麼，團隊不僅研究了電子的能量和動量，還研究了從材料中產生的特定能量的電子數量。 他們在改變材料的電子特性後，在很寬的溫度範圍內進行了測試。
在實驗中，他們發現了強有力的證據，顯示在攝氏-135度左右的「轉變溫度」下，銅氧化物中的贗能隙和超導態正在爭奪電子。 他們的結果是出版於自然材料。
「贗能隙往往會吞噬想要進入超導狀態的電子，」參與該計畫的物理學家托馬斯·德弗羅解釋說，在發布中。
「電子正忙著進行贗能隙的舞蹈，超導性試圖介入，但電子不會讓這種情況發生。然後，當材料進入超導狀態時，贗能隙放棄並將電子吐出來。這確實是我們所掌握的最有力的證據，表明這場競爭正在發生。
然而，該團隊仍然不知道是什麼導致了贗能隙——鑑於他們的發現，這個問題比以往任何時候都更需要回答。
但這項新研究為他們提供了一個起點。
“現在我們可以從理論方面模擬贗能隙和超導之間的競爭，這在以前是不可能的，”橋本在新聞稿中說道。
“我們可以使用模擬來重現我們所看到的各種特徵，並改變這些模擬中的變量，以嘗試確定贗間隙是什麼。”
他們希望將來這將有助於他們在更高的溫度下解鎖超導性。
「競爭可能只是兩國關係的一個面向。可能還有更深刻的問題——例如，贗能隙對於超導的發生是否是必要的，」橋本補充道。
來源：科學日報
