奇怪的电子行为让固态物理学家感到惊讶

2021年09月21日 11:26 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,固体物理学家获得的一个惊喜结果暗示了一种不寻常的电子行为。在研究铁基超导材料中电子的行为时,东京大学的研究人员观察到一个与电子排列方式有关的奇怪信号。该信号意味着一种新的电子排列方式,研究人员称之为向列性波,他们希望与理论物理学家合作以更好地理解它。向列性波可以帮助研究人员理解电子在超导体中相互作用的方式。

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固体物理学家的一个长期梦想是完全理解超导现象--本质上是没有产生热量和消耗能量的电阻的电子传导。它将迎来一个令人难以置信的高效或强大设备的全新世界,并且已经被用于日本的实验性磁悬浮子弹列车上。但是,在这个复杂的课题中还有很多需要探索的地方,而且它经常以意想不到的结果和观察结果让研究人员感到惊讶。

来自东京大学固体物理研究所的Shik Shin教授和他的团队研究电子在铁基超导材料中的行为方式。这些材料显示出很大的前景,因为它们可以在比其他一些超导材料更高的温度下工作,这是一个重要的问题。它们还使用较少的外来材料成分,因此可以更容易和更便宜地工作。为了激活一个样品的超导能力,材料需要被冷却到零下几百度。而在这个冷却过程中,有趣的事情发生了。

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Shin说:“当铁基超导材料冷却到一定程度时,它们表现出一种我们称之为电子向列性的状态。这就是材料的晶体结构和其中的电子根据你看它们的角度而出现不同的排列,也就是所谓的各向异性。我们预计电子的排列方式将与周围晶体结构的排列方式紧密耦合。但是我们最近的观察显示了一些非常不同的东西,实际上是相当令人惊讶的。”

Shin和他的团队使用他们小组开发的一种特殊技术,即激光光发射电子显微镜,在微观尺度上观察他们的铁基超导材料样品。他们预计会看到一个熟悉的模式,每隔几纳米就会重复一次。而且可以肯定的是,晶体结构确实显示了这种模式。但令他们惊讶的是,研究小组发现,电子的图案反而是每几百纳米重复一次。

电子向列性波和铁基超导材料晶体结构之间的这种差异是出乎意料的,因此其影响仍在调查之中。但这一结果可能为理论和实验探索超导现象的一些基本因素打开大门,那就是电子在低温下形成对的方式。对这一过程的了解可能对高温超导的发展至关重要。因此,如果向列性波与此有关,重要的是要知道如何。

“接下来,我希望我们能与理论物理学家合作,进一步了解向列性波,”Shin说。“我们也希望使用激光光发射电子显微镜来研究其他相关的材料,如氧化铜等金属氧化物。应用的地方可能并不总是很明显,但研究基础物理学的问题确实让我着迷。”

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