铋是最奇怪的元素之一元素周期表，但它的内部属性变得更加奇怪。科学家发现，在绝对零度以上（-273.15°C）几分之一度时，铋会变成一种- 一种可以无电阻导电的材料。
根据目前的超导理论，这没有多大意义，因为 40 年来，科学家们一直认为超导材料一定富含自由流动的移动电子。但在铋中，每 100,000 个原子中只有一个移动电子。
“一般来说，表现出每个原子大约有一个移动电子，”印度塔塔基础研究所的 Srinivasan Ramakrishnan解释给化学世界。
“然而，在铋中，一个移动电子由 100,000 个原子共享 - 由于载流子密度非常小，人们不相信铋会超导。”
材料的“载流子密度”描述了每体积的电子数量，铋具有超导特性的发现使其成为迄今为止发现的载流子密度最低的超导体——打破了50年记录由钛酸锶保持。
尽管在室温下，铋具有令人难以置信的高电阻，并且导热率水平低于任何金属，除汞外几十年来，科学家们一直试图发现其中的超导性。
超导性使材料能够以 100% 的效率传输电流，如果我们能够在室温下实现这一点，那么改变我们用电的方式永远。
不幸的是，科学家们一直在努力让材料转变为超导形式，除了极其寒冷的温度接近绝对零（-273.15°C 或 -459.67°F）。
因此，研究人员一直在将纯铋冷却到极低的温度，看看它是否会发生转变，但一旦达到 0.01 开尔文 (1°C = 274.15 K) 的疯狂低温，仍然什么也没发现，他们就放弃了追逐。
“对铋所做的最后一项研究发现，它在低至 0.01 开尔文时不具有超导性。这是 20 年前完成的，但人们放弃了，”拉马克里希南告诉《火线》的瓦苏德万·穆昆特。
Ramakrishnan 和他的团队决定继续尝试，最终发现了令人垂涎的 0.00053 开尔文超导特性。那是5 万分之一度高于绝对零。
研究人员过去发现了超导特性不纯或无定形（非结晶）形式的铋，但仅限于非常高的压力。这是超导铋的第一个迹象以其正常形式并在环境压力下。
虽然 0.00053 开尔文并不是实现超导的实际温度 - 全球科学家正在狂热地工作在室温下实现任何材料的超导性——铋在任何温度下都是超导体这一事实很奇怪。
根据巴丁-库珀-施里弗理论超导理论（或 BCS 理论）获得了 1972 年诺贝尔物理学奖，该现象是当移动电子成对聚集在一起并不受干扰地流过材料时实现的。
“为了能够导电，金属的原子必须有一些移动电子，这些电子可以在金属中移动，而不是被困在原子周围。
在已冷却至低温的超导金属中，这些电子克服了由于其“同种”电荷而产生的排斥力，聚集在一起并形成对。然后金属周围的电子对海洋就像流体一样流动，并且拒绝被振动的原子从遐想中摇晃出来，除非金属被加热到超过阈值温度。”
但是，每 100,000 个原子只有一个移动电子，如何在铋中维持超导性呢？
如果将 BCS 超导理论应用于铋，它预测这种现象只能在一定温度下发生低 1,000 倍低于 0.00053 开尔文 - 几乎深不可测的寒冷状态。
“载流子密度非常小，如果我们在铋中建立超导性，传统的 BCS 理论就无法解释它，”拉马克里希南说。 “现在我们需要一种新的铋超导机制。”
虽然该团队预计不需要彻底修改当前的超导理论来解释铋的行为，他们说现在需要用进一步的理论工作来“填补”它的某些方面，以解释极低载流子密度超导体的工作原理。
该研究发表于科学，您可以在以下位置免费阅读：arXiv.org。
