高温超导起源基本假设引发巨大争论

1998年，罗伯特·拉夫林庆祝了他的诺贝尔奖。

资料来源:FREDERIC NEEMA/SYGMA/CORBIS

罗伯特·拉夫林正在发动绝地反击。离开物理学十年后，这位斯坦福诺贝尔奖获得者在即将发表的两篇论文中说，大多数物理学家关于高温超导起源的基本假设是错误的。相反，拉夫林认为凝聚态物理中最大的难题可以从传统的金属理论中得到解释，但几十年前，大多数理论物理学家放弃了这一理论。

超导性是指某些物质在一定温度条件下(通常温度较低)电阻降至零的特性。高温超导体的温度只比原始超导性所需的超低温高得多。

近年来，拉夫林致力于撰写科普书籍，并于2004年至2006年担任韩国高级科技学院院长。他拒绝回答关于他在《物理评论快报》和《物理评论快报》上发表的论文的问题。他相信他的工作会带来震惊，并把超导领域从多年的泥潭中拯救出来。"这里展出的一切在物理领域很少出现."拉夫林在一封电子邮件中写道，“根深蒂固的想法被一个人的逻辑击碎了。”

其他物理学家说这种振动确实是需要的，但是拉夫林忽略了实验证据，这削弱了他的理论。此外，有些人认为拉夫林的论文将在很长一段时间内继续与诺贝尔奖得主菲利普·安德森争论。普林斯顿大学的安德森支持一个非常不同的高温超导理论。

一般理论认为普通超导体是铅或铌等金属。当这些材料被冷却到接近绝对零度时，其中的电子将形成松散的电子对，这些电子对将被它们之间带正电的离子柱的振动所束缚。最后，电流可以不受阻碍地通过金属。

然而，这种“振动结合”不足以解释铜和氧的混合物如何在138开尔文变成超导体。在铋锶钙氧化铜、钇钡氧化铜和其他“氧化铜”中，铜原子、氧原子和其他原子形成平面。在每个平面上，铜原子排列成正方形，而氧原子位于相邻的铜原子之间。

在金属中，每个铜原子贡献一个*电子。然而，在铜酸盐化合物中，这些电子会被卡住。研究人员“掺杂”了额外的氧原子，这将吸引铜释放的一些电子，从而破坏“拥挤”，并在某种程度上触发超导性。

高温超导发现27年后，理论物理学家仍未就其发生原理达成一致。在氧-铜平面上，相邻的电子以一种被称为反铁磁的方式被磁化。一些理论物理学家认为，以这种方式产生的波纹提供了结合电子对的凝聚力。然而，安德森和其他人认为这里不需要“胶水”，电子之间的强排斥力可以产生电子对。

拉夫林反驳了这两种观点，再次提出了金属的基本理论。电子通常是互斥的，但该理论认为电子在金属中似乎不相互作用。理论物理学家通过想象非相互作用的电子并增加它们之间的力来解释这一点。这种相互作用形成了互不影响的“准粒子”。

拉夫林认为氧化铜一定是以同样的方式获得的。他专注于铜氧平面中的准粒子。通过调整排斥力、原子间跳跃速度和磁力等参数，拉夫林希望从理论上复制氧化铜的变化。例如，他说声称不同的“假隙”相位实际上是一种电流模式，称为d-密度波。

超导体的特征之一是它们有一个能隙，用来将库仑对分裂成一个*电子。然而，在20世纪90年代中期，物理学家在铜酸盐高温超导体中发现了一个类似于低温超导体的能隙，称为“伪能隙”。此外，拉夫林说这项新工作是对莫特绝缘体理论的挑战。

根据能带理论，在单元电池中具有奇数价电子的氧化物如氧化镍和氧化锰应该具有良好的导电性，而实验表明它们是透明的绝缘体。英国物理学家奈维尔·莫特和其他人认为，问题在于电子间相互作用引起的关联效应。这些氧化物后来被称为莫特绝缘体。

一些科学家认为拉夫林没有保持科学性。美国俄亥俄州立大学的理论物理学家何天伦指出，莫特绝缘体已经被实验证明。麻省理工学院的理论物理学家李雅达也说，拉夫林用来复制氧化铜的参数与实验值相冲突。

尽管他们持有不同的观点，但是许多理论物理学家说他们很高兴拉夫林能回到这个领域。“我们都喜欢鲍勃。”阿尔贡国家实验室的理论物理学家迈克尔·诺曼说，“他是非凡的。”

但是安德森没有这种热情。2004年，发表了一首13页的诗，即兴重复了美国诗人的《华沙之歌》在诗中，他似乎把自己描绘成一个无辜的英雄，被一个匿名的人物引入歧途，这个人显然就是安德森。

当被问及拉夫林的论文时，安德森说他正忙于准备自己的90岁生日派对，所以没时间去参加。然而，他也说拉夫林“似乎没有阅读或理解我对莫特物理学的解释”。(张张)

中国科学新闻(2013-12-31第三版国际版)