热点关注:  
放射性同位素 粒子加速器 辐照杀菌 无损检测 高新核材 辐射成像 放射诊疗 辐射育种 食品辐照保鲜 废水辐照 X射线 中广核技 中国同辐

祝贺我国科学家首次观测到多体配对赝能隙

2024-02-08 18:17     来源:新华社     高温超导 核磁共振
中国科学家首次观测到多体配对赝能隙

为什么会出现高温超导现象?这是物理学研究的重大课题。近期,中国科学技术大学潘建伟、姚星灿、陈宇翱等人基于强相互作用的均匀费米气体,首次观测到由多体配对产生的赝能隙,朝着理解高温超导机理迈出重要一步。2月8日,国际学术期刊《自然》发表了这项研究成果。

1911年,荷兰物理学家卡末林·昂内斯发现,当温度下降到零下277摄氏度左右时,汞金属的电阻会降为零,这就是超导现象。如果能研制出室温下电阻为零的“超级导体”,将能显著改善人类的生产生活。

一百多年来,国际科学界不断推进对超导机理的研究。1957年提出的BCS理论,成功在微观层面解释了超导现象的“为什么”,提出理论的三位科学家因此获得诺贝尔奖。

“漫画家华君武先生曾画过一幅画,形象解释了低温下为何会发生超导现象。”中科大教授姚星灿说,如果把电子比喻成只有一只翅膀的蜜蜂,在常温下它们无法克服阻力飞起来,但到了超导临界温度,它们就会双双“结对”拥有了两只翅膀,成群结队地朝一个方向飞去,不受阻力地形成电流,这就是低温超导现象。

碳60材料中电子在常温和低温超导状态下的不同表现。(制图:夏园园)

但到了1986年,有科学家发现了一种新材料,在零下238摄氏度左右时就能产生超导效应,这种高温超导现象让BCS理论也难以解释。科学界提出假说,这种材料内部的电子在超导温度之上也会“结对”,只是会“乱飞”,电子流动仍然受阻。

BCS理论认为,这种“结对有序飞行”会产生能隙。而电子预配对假说则认为,“结对但乱飞”可以产生赝能隙。研究赝能隙的起源和性质,成为搞明白高温超导机理的关键问题之一。

经过4年多艰苦攻关,近期潘建伟团队研究赝能隙获重要进展。他们建立超冷锂—镝原子量子模拟平台,通过世界先进的均匀费米气体制备和大磁场稳定技术,成功实现超冷原子动量可分辨的微波谱学技术。在此基础上,系统测量不同温度下的幺正费米气体的单粒子谱函数,首次成功观测到赝能隙存在,为电子预配对假说提供了支持。

单粒子谱示意图。连接和独立的小球分别代表库珀对和单粒子,曲面间隙为赝能隙。(中国科学技术大学供图)

《自然》杂志多位审稿人认为,“这项工作解决了一个长期存在的重要物理问题,是量子模拟研究的里程碑式进展。”

科研人员介绍,人类已经利用超导技术开发出核磁共振、磁悬浮列车等产品,未来充分理解了高温超导机理,有望开发出更有价值的应用。

推荐阅读

突破国外技术封锁,国产核磁共振仪器开始量产!

核磁共振仪器被誉为“尖端医疗设备皇冠上的明珠”,对于心脑血管、神经和肿瘤等多种重大疾病影像诊断有重大意义,但生产技术长期被国外封锁。 2023-07-24

高温高压原位固体核磁共振技术开发成功

固体核磁共振技术是一种研究催化剂、反应中间物种结构,以及主客体相互作用的重要手段。近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员侯广进团队开发了高温高压原位固体核磁共振(NMR)技术,并用于甲醇重整催化反应路径研究。 2023-06-19

AI赋能肿瘤放射治疗,构建放疗新生态

目前常规放疗流程是:先通过CT、MR(磁共振)等影像设备确定肿瘤的位置、大小和形状等,放疗医生根据上述影像结果在病人体表或者是计算机上标出需要照射的部位,再由专门的医学物理师制定相应的放疗计划,并根据治疗方案做定位测试、质量控制工作来进一步优化治疗方案,经过验证的放疗计划会传输到放疗设备所在的治疗室对病人进行治疗。 2023-03-06

固体核磁共振技术揭示双活性位点协同作用机制

近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员侯广进团队利用固体核磁共振(NMR)技术在尖晶石相ZnAl2O4催化合成气转化反应机理研究中取得新进展。 2023-02-21

简化的 MRI 和早期肝细胞癌:一项新的多中心研究揭示了什么

引用各种好处,研究人员建议该技术可以很容易地融入 MRI 设施的工作流程中,只需最少的培训。 2023-01-29

阅读排行榜