高温超导体理论模型缺一环？这次也许找到了 9.10知识分子TheIntellectual“哈伯

9.10
知识分子
The Intellectual

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“哈伯德模型加上这个电子间的强相互吸引力，或许可以成为解释铜氧化物超导体的完整理论模型” | 制图：科画科技公司
导读
高温超导微观机理的探索仍在 “盲人摸象” 的阶段。这次，科学家们也许摸到了象鼻子。
在凝聚态物理学界，高温超导机理被誉为 “皇冠上的明珠” 。
过去几十年，物理学界倾向于从一个叫做哈伯德模型（Hubbard model）的量子理论框架出发，来解释高温超导体的工作原理和产生机制，哈伯德模型成功解释了大量高温超导体中的物理现象，但一个悬而未决的问题是，哈伯德模型在现阶段仍然无法完整解释高温超导电性本身的微观过程。
在美国东部时间9月10日上线的《科学》（Science）杂志上，斯坦福大学沈志勋团队发表论文 [1] ，报道在实验中首次发现一维铜氧化物的电子之间存在一种 “超强邻近吸引力” ，或为这一理论模型补上遗漏的那一环。
“我们这次研究的关键贡献在于，第一次通过一维的实验和可靠的理论计算比对，提供了铜氧化物中电子相互作用的微观量子理论模型，这有可能就是一个完整的微观模型。” 论文第一作者、斯坦福大学博士后陈卓昱告诉《知识分子》。陈卓昱是研究中实验部分的主要完成人，克莱姆森大学物理与天文学系助理教授王耀提供了理论计算方面的支持。
“这其实是1996年以来我们就一直想做的重要实验，但一直由于材料合成技术的限制，到今天才终于实现了。” 研究通讯作者、斯坦福大学教授沈志勋说， “我们的实验显示，现今的主流量子理论模型需要在其成功的基础上加以非常重要的改进。”
“这个实验工作是一个令人振奋的突破， ”普林斯顿大学物理系助理教授廉骉评论说，该工作在实验上修正了高温超导理论模型的一个关键参数，而这一修正可能对高温超导的理解至关重要。
中国科学院大学教授、上海科技大学物质科学与技术学院学术院长张富春则认为，虽然研究者们猜测上述吸引力可能来源于电声子相互作用，实验上仍缺乏证据。
“电声子相互作用机制将很难解释实验观察到的d 波超导对称性。” 张富春说。且由于实验仅在一维Cu-O（铜氧）链上进行， “对二维Cu-O面的高温超导有启发，但是不同维度空间的铜氧结构性质可能会很不相同。”
中国科学院物理研究所副研究员罗会仟认为，实验结论中最关键的证据是直接测得的吸引势的大小。“它是否来自于声子，并和超导直接相关，非常期待新的实验证据支持。”
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什么是高温超导体？为什么要制造它？
超导体指的是在特定温度以下电阻为零且具有完全抗磁性的一类“超级导体” ，这一温度称为超导临界温度 [2] 。常规的超导体，如汞、铝、铅等单质金属与铌锡、铌钛和铌锗等多种合金，其临界温度通常低于40K（40开尔文，即-233.15摄氏度）。
达到如此低温需要用到成本高昂的液氦，这也限制了常规超导体的应用。因此，物理学家们致力于发现临界温度更高的高温超导体。
1986年，来自瑞士IBM公司的缪勒（Karl Müller）和柏诺兹（Johannes Bednorz）实验发现人工合成的铜氧化物的超导临界温度更高，可达35K（即-238.15摄氏度），在中国和美国科学家的努力下，该类材料的临界温度被迅速提升到了93K （即-180.15摄氏度）[3] ，缪勒和柏诺兹也因这项开创性的发现获得1987年的诺贝尔物理学奖。此后数十年里，物理学家们陆续发现了更多类似的铜基材料，在标准大气压下，其临界温度最高可以达到134K（即-139.15摄氏度）[4] 。