多年來，物理學(xué)家一直認(rèn)為，使超導(dǎo)成為可能的電子對(duì)——庫珀對(duì)是“雙面嬌娃”：既可形成超導(dǎo)態(tài)，也可形成絕緣態(tài)，但故事并沒有結(jié)束!中美科學(xué)家在新一期《科學(xué)》雜志撰文稱，庫珀對(duì)還可像普通金屬一樣導(dǎo)電。研究人員表示，最新發(fā)現(xiàn)描述了一種全新物質(zhì)態(tài)——量子金屬態(tài)，有望催生新型電子設(shè)備，但仍需新理論予以解釋。

庫珀對(duì)以布朗大學(xué)物理學(xué)教授萊昂·庫珀的名字命名，他因描述庫伯對(duì)在實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性方面的作用而榮膺1972年諾貝爾獎(jiǎng)。當(dāng)電子在原子晶格中四處移動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電阻，但當(dāng)電子“配對(duì)”成庫珀對(duì)時(shí)，它們會(huì)“變臉”。電子是費(fèi)米子，遵循泡利不相容原理——每個(gè)電子都傾向于保持自身量子態(tài);但庫珀對(duì)像玻色子，可共享相同狀態(tài)，這使庫珀對(duì)之間的行動(dòng)能相互協(xié)調(diào)，從而將電阻降到零，產(chǎn)生超導(dǎo)性。而在二維超導(dǎo)薄膜中的庫珀對(duì)受到無序等影響而局域化時(shí)會(huì)形成絕緣態(tài)。

最近，中國電子科技大學(xué)熊杰教授、北京大學(xué)物理學(xué)院王健教授與美國布朗大學(xué)的吉姆·瓦雷斯教授等攜手，發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)薄膜中非超導(dǎo)金屬態(tài)內(nèi)的庫珀對(duì)：他們將高溫超導(dǎo)體釔鋇銅氧化物(YBCO)制成多孔薄膜，當(dāng)材料有電流流過并暴露于磁場(chǎng)時(shí)，材料中的載荷子會(huì)繞小孔運(yùn)動(dòng)。結(jié)果表明：“這一金屬態(tài)下的載荷子是庫珀對(duì)，而非單個(gè)電子。”

王健稱，表現(xiàn)為玻色子的庫珀對(duì)導(dǎo)致這種金屬態(tài)令人驚訝，因?yàn)橛辛孔永碚撜J(rèn)為這不可能。這一新物質(zhì)態(tài)可被稱為玻色金屬、量子金屬或反常金屬，理解這一狀態(tài)有望開啟新物理學(xué)，但仍需更多研究。此外，高溫超導(dǎo)體系中量子玻色金屬的證實(shí)不僅對(duì)量子材料的認(rèn)知具有重要意義，也有望催生新型電子器件。(記者 劉霞)

關(guān)鍵詞： 量子金屬態(tài)