鉍是最奇怪的元素之一元素週期表，但它的內部屬性變得更加奇怪。 科學家發現，在絕對零度（-273.15°C）以上幾分之一度時，鉍變成了- 一種可以無電阻導電的材料。
根據目前的超導理論，這沒有太大意義，因為 40 年來，科學家一直認為超導材料一定是富含自由流動的移動電子。 但在鉍中，每 10 萬個原子中只有一個移動電子。
“一般來說，表現出每個原子大約有一個移動電子，」印度塔塔基礎研究所的 Srinivasan Ramakrishnan解釋給化學世界。
“然而，在鉍中，10萬個原子共享一個移動電子？由於載流子密度太小，人們不相信鉍會超導。”
材料的「載子密度」描述了每體積的電子數量，鉍具有超導特性的發現使其成為迄今為止發現的載流子密度最低的超導體——打破了50年記錄由鈦酸鍶保持。
儘管在室溫下，鉍具有令人難以置信的高電阻，並且導熱率水平低於任何金屬，除汞外幾十年來，科學家一直試圖發現其中的超導性。
超導性使材料能夠以 100% 的效率傳輸電流，如果我們能夠在室溫下實現這一點，那麼改變我們用電的方式永遠。
不幸的是，科學家一直在努力讓材料轉變為超導形式，除了極其寒冷的溫度接近絕對零度（-273.15°C 或 -459.67°F）。
因此，研究人員一直在將純鉍冷卻到極低的溫度，看看它是否會發生轉變，但一旦達到0.01 開爾文(1°C = 274.15 K) 的瘋狂低溫，仍然什麼也沒發現，他們就放棄了追逐。
「對鉍所做的最後一項研究發現，它在低至 0.01 開爾文時不具有超導性。這是 20 年前完成的，但人們放棄了，”拉馬克里希南告訴《火線》的瓦蘇德萬·穆昆特。
Ramakrishnan 和他的團隊決定繼續嘗試，最終發現了令人垂涎的 0.00053 開爾文超導特性。 那是5 萬分之一度高於絕對零度。
研究人員過去發現了超導特性不純或無定形（非結晶）形式的鉍，但僅限於非常高的壓力。 這是超導鉍的第一個跡象以其正常形式並在環境壓力下。
雖然 0.00053 開爾文並不是實現超導的實際溫度 - 全球科學家正在狂熱地工作在室溫下實現任何材料的超導性——鉍在任何溫度下都是超導體這一事實很奇怪。
根據巴丁-庫柏-施里弗理論超導理論（或 BCS 理論）獲得了 1972 年諾貝爾物理學獎，該現像是當移動電子成對聚集在一起並不受干擾地流過材料時實現的。
「為了能夠導電，金屬的原子必須有一些移動電子，這些電子可以在金屬中移動，而不是被困在原子周圍。
在已冷卻至低溫的超導金屬中，這些電子克服了由於其「同種」電荷而產生的排斥力，聚集在一起並形成對。 然後金屬周圍的電子對海洋就像流體一樣流動，並且拒絕被振動的原子從遐想中搖晃出來，除非金屬被加熱到超過閾值溫度。
但是，每 100,000 個原子只有一個移動電子，如何在鉍中維持超導性呢？
如果將 BCS 超導理論應用於鉍，它預測這種現像只能在一定溫度下發生低 1,000 倍低於 0.00053 開爾文 - 幾乎深不可測的寒冷狀態。
“載流子密度非常小，如果我們在鉍中建立超導性，傳統的 BCS 理論就無法解釋它，”拉馬克里希南說。 “現在我們需要一種新的鉍超導機制。”
雖然該團隊預計不需要徹底修改目前的超導理論來解釋鉍的行為，他們說現在需要用進一步的理論工作來「填補」它的某些方面，以解釋極低載子密度超導體的工作原理。
該研究發表於科學，您可以在以下位置免費閱讀：arXiv.org。
