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东京研究人员成功验证玻色-爱因斯坦凝聚态的超导性

2020-11-10 09:33
陈述根本
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文/陈根

超导材料,指在某一温度下,电阻为零的导体。此外,超导体不仅具有零电阻的特性,还具有完全抗磁性。

自1911年超导材料发现后,就得到了科学家们的重视和研究。当前,强大的超导电磁铁已经是磁浮列车、磁共振成像(MRI)和核磁共振(NMR)机器、粒子加速器和其他先进技术的关键部件,包括早期的量子超级计算机。

超导体作为一种电流流动不受任何阻力的材料,显然对未来的电子学极为有用。现在,东京大学的工程师们成功地用一种叫做玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)的物质状态制造出一种超导体,值得一提的是,这也是有史以来第一次。

物质在人们的日常生活中有三种被熟知的状态:固体、液体和气体。物质的第四种状态则是等离子体,等离子体就像一种气体,它的所有组成原子都被分解了,留下了一堆超热的亚原子粒子。

但在四种状态之外,却还存在人们不太熟悉包括科学家们仍在了解和探究的物质第五态,即玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)。

玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)是一种独特的物质状态,因为它并非由粒子组成的,而是由波组成的。当它们冷却到接近绝对零度时,某些物质的原子会在太空中变得模糊。这种涂抹会增加,直到原子(现在更像是波而不是粒子)重叠,变得彼此无法区分。由此产生的物质表现得就像是一个具有先前固态、液态或气态所缺乏的新性质的单一实体,例如超导。

陈根:从玻色-爱因斯坦凝聚态,到新型超导的诞生

一直以来,超导BEC还只是理论上的,但现在,在新的研究中,东京的研究人员已经展示了玻色-爱因斯坦凝聚态的超导性——这是以前从未在实验中得到验证的。这一成果是通过用铁和硒原子云制造玻色-爱因斯坦凝聚态来实现的。

这一发现的关键来自于与一种类似形式的物质的重叠,这种物质被称为Bardeen-Cooper-Shrieffer(BCS)体系。玻色-爱因斯坦凝聚态,BCS也是通过将原子云几乎冷却到绝对零度而形成的,但这里的不同之处在于,当它们这样做时,原子会放慢速度并排成一排。这意味着电子可以更容易地通过它们,从而实现超导性。

研究人员表示,展示BECs的超导性只是达到目的的一种手段,他们希望能够探索到BECs和bcs之间的重叠,尽管这非常具有挑战。

虽然这一发现对于普通大众来说并没有任何直接的应用,但加深人们对这一现象的理解只会帮助科学家在未来创造出更好的超导体。这反过来又可以带来更快、更高效的电子产品。

该研究已发表在《科学进展》杂志上。

陈根:从玻色-爱因斯坦凝聚态,到新型超导的诞生

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