超导中“库珀对密度波”证据首次获得

科学日报北京4月14日电(记者刘霞)据美国能源部下属的布鲁克海文国家实验室(BNL)官方网站消息，库珀配对理论问世50多年后，以该实验室为首的美、英、日、韩、德等国的团队，利用扫描隧道显微镜(STM)直接对库珀进行了拍照，并首次获得了库珀配对密度波电子态的直接证据。研究人员指出，最新的发现有助于科学家更深入地了解高温超导体是如何工作的。

上海交通大学物理与天文系的钱东教授向《科学技术日报》记者解释说，105年前，科学家首次发现金属中的超导性冷却到几乎绝对零度(零下273.13摄氏度)。如今受到广泛关注的高温超导体铜酸盐仍能在高于绝对零度(零下125摄氏度)的温度下超导。在超导体内，电子形成磁性中性的“库珀对”，与其他原子相互作用，可以不受阻碍地移动。

1964年，理论家预测超导体内的库珀电子对可能以两种状态存在:所有库珀电子对都处于相同的量子状态，并作为一个零电阻的单一实体流动，即所谓的“超流体”；库珀对的密度在空间会周期性地变化，这就是所谓的“库珀对密度波”。然而，库珀已经几十年没有捕捉到密度波了。

在最新的研究中，哈佛大学助理研究员*·哈米德安(Mohammed Hamidian)和苏格兰圣安德鲁斯大学研究生斯蒂芬·艾登金斯(Stephen Aidengins)用一种灵敏度极高的扫描隧道显微镜研究了含铋、锶和钙的铜酸盐，其温度在绝对零度以上数千度。他们把探针的尖端放低一点，让它与表面接触，然后拿起一小块铜箔。结果，发现库珀对在超导体表面和超导尖端之间隧穿。

通过检测隧道效应形成的电流大小，铜对密度在整个样品上显示出周期性变化，波长为4个晶格单位。结果，研究小组首次在高温超导体中发现并证实了库珀的密度波状态。研究人员指出，最新技术还可以用于在铁基高温超导体中寻找其他铜酸盐和铜对密度波。