物理学家借电噪声破解高温超导之谜

驱动中国11月9日消息，据科技媒体 Ars Technica 报道，一项发表于《科学》（Science）的研究通过监听铜氧化物超导体中电流流动时产生的微弱电噪声，为长期困扰物理学界的高温超导机制提供了新线索。该研究由慕尼黑大学（Ludwig Maximilian University of Munich）的米兰·阿兰（Milan Allan）与荷兰乌得勒支大学（Utrecht University）的英格玛·斯瓦特（Ingmar Swart）等人组成的团队完成。

超导体能够在电阻为零的状态下传输电流，但大多数超导材料只能在接近绝对零度的极低温环境中工作。上世纪80年代末，一类被称为铜氧化物（cuprates）的铜基材料被发现可以在更高温度下进入超导态，其所需温度可用液氮实现。这一发现大幅降低了实验条件门槛，也让铜氧化物成为高温超导研究的核心对象。

然而，近40年过去，物理学界对于铜氧化物为何能在相对高温下实现超导仍未形成统一解释。报道指出，这一谜题的关键之一，是一种被称为“伪能隙”（pseudogap）的特殊电子状态。阿兰将伪能隙概括为一种“电子缺失”现象：在铜氧化物尚未达到超导转变温度的区间，部分电子在原本应当出现的能量位置变得难以探测，实验测量到的电子数量明显减少。

这种“消失的电子”并非某一种实验方法单独观察到的异常。阿兰表示，不同探针的测量结果都指向类似现象，但关于这些电子为何缺失、缺失状态如何与超导态关联，目前仍缺乏共识。也正因为如此，伪能隙长期被视为理解高温超导机制绕不开的问题。

在最新研究中，团队尝试从电流噪声入手寻找线索。报道描述，他们“倾听”的是电流流入铜氧化物时产生的微弱电噪声。这种思路关注电流输运过程中伴随的随机波动，并试图从中提取能够反映材料内部电子状态的信息。

研究结果被认为为高温超导谜题提供了部分答案。报道称，通过捕捉电流中的细微噪声信号，团队找到了与铜氧化物电子行为相关的线索。对于基础研究而言，这类进展的意义不仅在于解释一个具体现象，也在于为后续实验和理论模型提供新的观测角度。

高温超导机制的突破通常被视为凝聚态物理的重要方向之一。铜氧化物自发现以来，其较高温度下的超导现象与复杂电子结构之间的关联，一直推动着超导材料、电子输运和强关联体系等研究领域的发展。此次研究以电噪声切入伪能隙问题，显示物理学家正在尝试用更细致的动态信号，逼近高温超导背后的微观机制。