超导中“库珀对密度波”证据首次获得

科技日报北京4月14日电 （记者刘霞）据美国能源部下属布鲁克海文国家实验室（BNL）官网消息，在库珀对理论问世50多年后，由该实验室牵头的美、英、日、韩、德团队用扫描隧道显微镜（STM）直接为库珀对拍照，首次获得了“库珀对密度波”这种电子状态的直接证据。研究人员指出，最新发现有助科学家们更深入地洞悉高温超导体的工作原理。

上海交通大学物理与天文系教授钱冬向科技日报记者解释称，105年前，科学家们在冷却到几乎绝对零度（零下273.13摄氏度）的金属中首次发现了超导现象。现今得到广泛关注的高温超导体铜酸盐在比绝对零度高（零下125摄氏度）的温度下仍能超导。在超导体内，电子组成磁中性的“库珀对”，它们不同其他原子相互作用并能毫无阻碍地移动。

1964年，理论学家们预测，超导体内电子库珀对能以两种状态存在：所有库珀对处于同样的量子状态，作为单个实体零电阻流动，即所谓的“超流体”；库珀对的密度会在空间中周期性变化，即所谓的“库珀对密度波”。不过，数十年来，库珀对密度波一直未被捕获。

在最新研究中，哈佛大学助理研究员默罕默德·哈密迪安和苏格兰圣安德鲁斯大学的研究生斯蒂芬·艾登金斯使用一种具有极高灵敏度的STM，对绝对零度之上几千分之一度含铋、锶和钙的铜酸盐进行了研究。他们将探头的尖端降低了一点，让其与表面接触并拾起一小块铜酸盐薄片，结果发现，库珀对在超导体表面和超导的尖端之间隧穿。

通过检测隧穿形成的电流大小表明，库珀对密度在整个样本上表现出了周期性变化，波长为4个晶格单元。由此，该研究团队首次在一个高温超导体内发现并证实了库珀对密度波状态。研究人员指出，最新技术也能用来搜索其他铜酸盐高温超导，以及铁基高温超导体内的库珀对密度波。