最近的研究揭開了高臨界溫度超導體的神秘面紗，確定了它們獨特的”奇異金屬”狀態和一個關鍵的量子臨界點。這項發現是合作努力和廣泛實驗的結果，使得實現先進超導與永續技術邁出了重要的一步，有助於實現更環保的未來。

米蘭理工大學、哥德堡查爾姆斯理工大學和羅馬薩皮恩扎大學的研究人員剛在《自然-通訊》（Nature Communications）上發表的研究報告揭示了高臨界溫度銅基超導體的諸多奧秘之一：即使在臨界溫度以上，它們也是特殊的，表現得像”奇怪”的金屬。這意味著它們的電阻隨溫度的變化與普通金屬不同。

這項研究暗示，存在一個與”奇異金屬”相聯繫的量子臨界點。

銅氧化物相圖。來源：米蘭理工大學

奇異金屬行為與量子臨界點

“量子臨界點是指在特定條件下，一種材料的性質會完全由於量子效應而發生突變。 “查爾姆斯大學微技術與納米科學系研究員、本研究的主要作者里卡多-阿帕亞（Riccardo Arpaia）評論說：”就像冰在零攝氏度時會因為微觀溫度效應而融化並且變成液體一樣，銅氧化物也會因為量子電荷波動而變成一種’奇怪’的金屬。 “

這項研究是基於在歐洲同步加速器 ESRF 和英國同步加速器 DLS 進行的 X 射線散射實驗。這些實驗揭示了電荷密度波動對銅氧化物電阻的影響，從而使銅氧化物變得”奇怪”。透過這些波動能量變化的系統測量，確定了電荷載子密度的最小值：量子臨界點。

格勒諾布爾歐洲同步加速器 ESRF 的 ERIXS 儀器。來源：米蘭理工大學

影響和未來方向

“這是我們五年多工作的成果。我們使用了一種名為 RIXS 的技術，該技術主要由我們米蘭理工大學開發。透過大量的測量活動和新的數據分析方法，我們證明了量子臨界點的存在。 “米蘭理工大學物理系教授兼研究協調員賈科莫-吉林蓋利（Giacomo Ghiringhelli）補充說：”更好地了解銅氧化物將有助於設計臨界溫度更高的更好的材料，從而更容易在未來的技術中加以利用。 “

Sergio Caprara 與他在羅馬薩皮恩扎大學物理系的同事一起提出了電荷波動在銅氧化物中起關鍵作用的理論。他宣稱：”這一發現不僅是在理解銅氧化物金屬態的反常特性方面取得的重要進展，也是在理解高溫超導性背後仍然模糊不清的機制方面取得的重要進展。 “

參考文獻：DOI: 10.1038/s41467-023-42961-5

編譯來源：ScitechDaily