用超低温理解高温超导

TU Wien（维也纳）的一项发现可能是朝这个方向迈出的重要一步：一组固态物理学家研究了一种不寻常的材料——一种由镱、铑和硅制成的所谓“奇异金属”。奇怪的金属显示出电阻和温度之间的异常关系。在这种材料的情况下，可以在特别宽的温度范围内看到这种相关性，并且其潜在机制是已知的。与之前的假设相反，现在证明这种材料也是一种超导体，并且超导性与奇怪的金属行为密切相关。这也可能是理解其他类别材料的高温超导性的关键。

奇异金属：电阻与温度呈线性关系

在普通金属中，低温下的电阻随温度的平方增加。然而，在一些高温超导体中，情况完全不同：在低温下，低于所谓的超导转变温度，它们根本没有电阻，高于此温度，电阻随温度线性增加而不是二次增加。这就是“奇异金属”的定义。

“因此，近年来人们已经怀疑电阻和温度之间的这种线性关系对超导性非常重要，”固态物理研究所“量子材料”研究领域负责人 Silke Bühler-Paschen 教授说在 TU Wien。“但不幸的是，直到现在我们还不知道一种合适的材料来深入研究这一点。”?在高温超导体的情况下，温度和电阻之间的线性关系通常只能在相对较小的温度范围内检测到，此外，在较高温度下不可避免地发生的各种影响会以复杂的方式影响这种关系。

许多实验已经用一种奇异材料 (YbRh2Si2) 进行了，这种材料在极宽的温度范围内表现出奇怪的金属行为——但令人惊讶的是，这种极端的“奇怪金属”状态似乎没有出现超导性。“已经提出了理论考虑来证明为什么超导在这里根本不可能，”Silke Bühler-Paschen 说。“尽管如此，我们还是决定再研究一下这种材料。”

破纪录的温度

在 TU Wien，有一个特别强大的低温实验室。“在那里，我们可以在比其他研究小组迄今为止所做的更极端的条件下研究材料，”Silke Bühler-Paschen 解释说。首先，该团队能够证明在 YbRh2Si2 中电阻和温度之间的线性关系存在于比以前认为的更大的温度范围内——然后他们做出了关键发现：在只有 1 毫开尔文的极低温度下，这种奇怪的金属变成超导体。

Silke Bühler-Paschen 说：“这使我们的材料非常适合找出奇怪的金属行为导致超导的方式。”

矛盾的是，这种材料仅在极低的温度下才会变得超导这一事实确保它可以特别好地用于研究高温超导性：“导致超导性的机制在这些极低的温度下特别明显，因为它们不是被这个机制中的其他效应覆盖。在我们的材料中，这是一些传导电子在量子临界点的局域化。有迹象表明，类似的机制也可能导致高温超导体的行为，例如著名的铜酸盐，”Silke Bühler-Paschen 说。