铜氧化物超导临界温度或有新决定因素

超导体

美国能源部布鲁克海文国家实验室研究人员在17日出版的《自然》杂志上发表论文称，铜氧化物的超导临界温度是由电子对密度——单位面积上的电子对数量决定的。这一结论对标准的超导理论提出了挑战。标准超导理论认为，超导临界温度取决于电子对互动情况。

认清高温超导机制有助于研发室温超导材料，对超级计算机、磁悬浮交通系统、能源生产传输等领域具有革命性意义。自1986年发现铜氧化物具有高温超导特性以来，科学家一直在探索高温超导体临界温度远高于常规超导体的原因。

布鲁克海文国家实验室利用其专门设计的分子束外延系统，制作了2500多份锶镧铜氧系超导体样品（LSCO）用于分析。一般来说，在对LSCO薄膜进行工程改造过程中，需要添加锶原子，这种掺杂会在氧化铜表层生成移动电子对，使LSCO和其他通常为绝缘体的铜氧化物变成超导体。

而此次研究中，研究人员加大了锶的添加量，远超诱发超导所需的掺杂水平。之前对过度掺杂的研究表明，随着掺杂浓度增加，电子对的密度会降低，科学家将其归因于晶格中的杂质或电子序列紊乱的影响。

为寻找答案，此次研究人员运用互感技术对LSCO工程薄膜进行测试，建立了精确的电子对密度与超导临界温度间的线性关系：过度掺杂后，随着掺杂剂的增多，电子对密度与超导临界温度不断下降，直到电子对归零，此时超导临界温度降至接近0开尔文。这一结果明显有悖于过去对金属和常规超导体的标准理解。

如果说电子对密度决定超导临界温度，那么铜氧化物的超导临界温度高的原因或许是其电子对较小。以前研究表明，铜氧化物的电子对明显要小于常规超导体的电子对。什么原因导致铜氧化物的电子对较小，是研究人员下一步要解决的问题。（记者 刘海英）