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东京大学科学家已经制造出超导玻色-爱因斯坦冷凝物

2020-11-10新闻16

原标题:东京大学科学家已经制造出超导玻色-爱因斯坦冷凝物

东京大学固态物理研究所的副教授冈崎浩三

日常生活中的物质有三种状态:分别为固体、液体和气体。而第四种物质状态叫做等离子体,它就像一种气体,其所有组成原子都变得非常热,留下了一团超热的亚原子粒子。但你是否知道所谓的第五种物质状态? 它被称为玻色-爱因斯坦冷凝物。

角度分辨光发射光谱法测试样品中的电子(用红色十字代表)在不同环境下的表现

东京大学固态物理研究所的副教授冈崎浩三说:"玻色-爱因斯坦冷凝物是一种独特的物质状态,因为它不是由粒子组成的,而是由波组成的。当它们冷却到接近绝对零度时,某些材料的原子会在空间上变得污浊不堪。这种涂抹增加,直到原子(现在更像波浪而不是粒子)重叠,变得彼此无法区分。由此产生的物质就像一个单一的实体,具有之前的固态、液态或气态所缺乏的新特性,如超导。直到最近,超导玻色-爱因斯坦冷凝物还是纯理论的,但我们现在已经在实验室里用一种基于铁和硒(一种非金属元素)的新型材料证明了这一点。"

这是第一次通过实验验证玻色-爱因斯坦冷凝物可以作为超导体工作,然而,其它物质的表现形式,也可以产生超导。超导的微观理论(BCS)方式是一种物质的排列方式,当冷却到接近绝对零度时,组成原子的速度会减慢,并排成一条线,这使得电子更容易通过。这就有效地使这种材料的电阻为零。超导的微观理论物质和玻色-爱因斯坦冷凝物都需要冰冷的条件,而且都涉及原子减速。但这些制度在其他方面是完全不同的。长久以来,研究人员一直认为,如果能发现这些制度以某种方式重叠,就能对超导有更普遍的理解。

冈崎浩三表示:"证明玻色-爱因斯坦冷凝物的超导性是一种手段,我们真正希望探索玻色-爱因斯坦冷凝物和超导的微观理论物质之间的重叠。这是极具挑战性的,但我们独特的仪器和观测方法已经验证了这一点,这些体系之间存在着平稳的过渡。而这也暗示了超导背后更普遍的基础理论。在这个领域工作是一个令人兴奋的时刻。"

冈崎浩三和他的团队使用超低温和高能分辨率的基于激光的光发射光谱的方法来观察电子在材料从超导的微观理论物质过渡到玻色-爱因斯坦冷凝物期间的行为方式。电子在两种体系中的行为方式不同,它们之间的变化有助于填补超导大图景中的一些空白。

能量分布曲线。五颜六色的线条告诉研究人员在10开尔文温度下样品就会表现出超导行为

不过,超导并不仅仅是满足实验室的好奇心,诸如电磁铁等超导设备已经被应用,世界上最大的粒子加速器,大型强子对撞机就是一个例子。然而,这些材料需要超低温,这阻止了我们可能期望每天看到的超导设备的发展。因此,人们对寻找在更高温度下形成超导体的方法有很大兴趣,也许有一天是室温环境条件下。

冈崎浩三说:"有了超导玻色-爱因斯坦冷凝物的确凿证据,我认为这将促使其他研究人员在更高更高的温度下探索超导。现在听起来可能像是科幻小说,但如果超导能在室温附近发生,我们生产能源的能力将大大增加,我们的能源需求也会减少。"

#科学

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