超導是指在某些條件下，電路中的電阻消失，導電效率變得極高的現(xiàn)象。多種不同的方法都能使得這種現(xiàn)象發(fā)生，而這些方法常被認為是不相通的。近期，研究人員首次發(fā)現(xiàn)兩種產(chǎn)生超導現(xiàn)象的方法之間的聯(lián)系。這些新的認識能讓人們對這種現(xiàn)象有更全面的理解，并在將來應用到實踐之中。

物質有三種常見的狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)還有氣態(tài)。第四種物質狀態(tài)被叫做等離子態(tài)，這種狀態(tài)就像氣態(tài)在的原子因為溫度過高而分裂，留下了一團超高溫的亞原子粒子混合體。實際上，還存在處于溫度另一個極端的第五種物質狀態(tài)，也叫做玻色-愛因斯坦冷凝物（Bose-Einstein condensat，BEC）。

“BEC是一種特殊的物質狀態(tài)，它并非由粒子而是由波組成，” 東京大學固態(tài)物理研究所的副教授Kozo Okazaki說，“當物質溫度降低接近絕對零度時，一些材料中原子的邊界會模糊，當這種‘模糊’程度逐漸增加時，直到原子（在這種情況下，原子更像波）重疊，個體變得很難區(qū)分。

產(chǎn)生的這種物質像是一個整體，具有在固態(tài)，氣態(tài)或液態(tài)下沒有的新特性，比如說超導。直到最近，BEC超導材料都被認為只在理論上可行，但是現(xiàn)在我們在實驗室中通過一種基于鐵和硒（一種非金屬）的新材料，對這一現(xiàn)象進行了證明?！?/p>

偏光圖像為研究人員顯示了電子（由紅叉表示）在不同情況下的實驗中導電現(xiàn)象。這也是第一次，一種BEC狀態(tài)的物質在實驗中被證實可以作為超導體。然而，其他物質形式和狀態(tài)也可以產(chǎn)生超導體。Bardeen-Cooper-Shrieffer（BCS）狀態(tài)是物質在接近絕對零度時下的一種粒子排列方式，物質的組成原子會運動減慢并排成一排，這使得電子更容易通過。BCS和BEC都需要低溫條件，都包含原子速度變慢的現(xiàn)象。但除此之外，這兩種狀態(tài)還是十分不同。長久以來，研究人員認為如果這兩種機制在一些方面重合，那將有助于對超導現(xiàn)象有更全面的認識。

“證明BEC的超導性質是達到目的一種方法，我們非常希望能發(fā)現(xiàn)BEC和BCS之間的重合，” Okazaki說，“這非常具有挑戰(zhàn)性，但是我們獨特的實驗儀器和觀測方法已經(jīng)證明了，在這兩種機制之間有平滑的過渡。這暗示了在超導現(xiàn)象背后存在一個更全面的基礎理論。而這是研究中的一個令人激動的時刻。”O(jiān)kazaki和他的團隊基于超低溫和高能量分辨率激光發(fā)射光譜法，觀察了一種材料從BCS到BEC狀態(tài)之間的電子模式。在這兩種狀態(tài)中，電子的表現(xiàn)并不相同，這種行為變化能幫助他們彌補在更全面的超導現(xiàn)象中一些空缺。

超導現(xiàn)象不僅是一項基于好奇心的實驗室研究，諸如電磁體等超導設備已經(jīng)在現(xiàn)實中應用，還比如世界上最大的粒子加速器和大型強子對撞機等。然而，正像上文中所描述的，超導現(xiàn)象需要超低溫，這阻止了我們在日常生活中進行超導設備的開發(fā)。而毫無疑問，找到在較高溫度至室溫的超導材料將是非常有吸引力的。“通過證實物質在BES上具有超導能力，我認為這也將促進其他研究人員探索存在于越來越高溫度下的超導材料，” Okazaki說，“現(xiàn)在這可能聽起來像科幻小說，但是如果超導材料能存在于室溫，我們產(chǎn)生能量的能力將被大大提高，我們對能量的需求也將會降低?！?/p>

原文標題：只在理論上存在的超導體，首次被制造出來

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責任編輯：haq