奇怪的金属超导体变得更加陌生

30多年来，高温超导体一直是科学之谜。它们的电阻随着温度线性增加，特别令人费解，催生了数百种理论。

在国家高磁场实验室(MagLab)进行的研究发现，一类称为铜酸盐(铜氧化物)的超导材料的电阻在施加的磁场中也是线性的，一直到100特斯拉。

“这一发现揭示了'尺度不变性'现象的新亮点，这种现象被认为是现代物理学中高温超导和许多其他强相关电子问题的核心，”物理学助理教授Brad Ramshaw说。该研究的共同作者。尺度不变性是指没有内在能量尺度，没有“背景”能量的材料。决定其测量性能的唯一能量标度是应用的能量标度，例如加热金属时的热能。

这项研究“杯形超导体中的尺度不变磁电阻”发表在“科学”杂志上。资深作者是MagLab的物理学家Arkady Shekhter; Ramshaw开发了用于在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的100特斯拉磁体中进行电测量的实验技术。

国际科学家团队发现，铜酸盐的电流与传统金属(如铜)不同。这项研究为他们的绰号增添了新的含义：“奇怪的金属”。

铜酸盐是高温超导体，可以在比传统的低温超导体更温暖的温度下超导。尽管科学家们了解低温超导体的物理特性，但电子如何穿过高温超导体仍然是该领域最大的谜团。

对于他们对铜酸镧锶氧化铜(LSCO)的研究，该团队专注于其正常的金属状态，当温度下降到足够低时，最终会出现超导性。在洛斯阿拉莫斯的MagLab脉冲场设施中，研究人员将LSCO置于一个非常高的磁场中，向其施加电流，然后测量电阻。

由此得到的数据显示，实际上，电流不能通过传统的准粒子(携带电流的电子)传播，就像在铜或掺杂硅中那样。看起来，铜酸盐的正常金属状态是正常的。

一段时间以来，科学家已经知道LSCO的一个有趣的行为：在其正常导电状态下，其电阻率随温度线性变化。换句话说，随着温度上升，其对电流的阻力成比例地增加。在传统金属中不是这种情况。

该团队使用磁场作为参数而不是温度来测试LSCO电阻率。他们将这种材料放入一个非常强大的磁铁中，并在高达80特斯拉的磁场中测量电阻率; 相比之下，医院的MRI磁铁会产生约3特斯拉的磁场。

他们发现了另一种线性电阻率的情况：随着磁场强度的增加，LSCO的电阻率成比例地增加。

Shekhter说，线性场电阻率如此优雅地反映出先前已知的铜酸盐线温度电阻率是非常重要的。“通常当你看到这样的东西时，这意味着它背后是一个非常简单的原则，”他说。

这一发现表明电子在材料中移动时似乎是合作的。一段时间以来，物理学家一直认为高温超导材料在超导相中表现出这种“相关电子行为”，尽管尚未了解其精确机理。

但是这一新的证据表明，处于正常导电状态的LSCO也可能使用除独立准粒子以外的其他物质来传输电流 - 尽管它也不是超导电性。那些“东西”是什么，科学家还不确定。Shekhter说，找到答案可能需要一种全新的方式来解决问题。

新的研究提出了许多问题和一些诱人的想法，包括关于在铜酸盐中控制电阻率的根本不同方式的想法。Shekhter解释说，在传统金属中，电阻率可以通过多种方式控制; 想象一组表盘，其中任何一个都可以调整该属性。

但在杯赛中，Shekhter说：“只有一个表盘可以调节电阻率。温度和磁场都以自己的方式进入一个表盘。“

确实很奇怪。但是从奇怪的金属中，人们可以期待更少。