超导体研究论文

超导体研究论文

过渡金属原子的kagome晶格，为在几何受挫和非平凡能带拓扑存在的情况下，研究电子关联提供了一个激动人心的平台，并不断带来惊喜，在高鸿钧院士/汪自强教授《Nature》超导领域新发现后，来自美国波斯顿学院的Ilija Zeljkovic等研究者 同一天 报道了使用光谱成像扫描隧道显微镜发现一个新的kagome超导体CsV3Sb5中不同的对称破缺电子态作为温度的函数级联。相关论文以题为“Cascade of correlated electron states in a kagome superconductor CsV3Sb5”发表在Nature上。

论文链接：

由原子组成的量子固体排列在共享角三角形的晶格上(kagome晶格)是一个 探索 新的相关和拓扑电子现象的迷人游乐场。由于其固有的几何受挫，kagome系统预测具有一系列奇异的电子态，如键和电荷有序，自旋液相和手性超导等。到目前为止，大多数实验工作都集中在过渡金属kagome磁体上，例如Co3Sn2S2、FeSn和Fe3Sn2，其中不同形式的磁性主导了低温电子基态。在没有磁有序的情况下，电子关联在原则上有利于出现新的对称破缺电子态，但由于磁有序的趋势，这在许多现有的kagome材料中很难 探索 。

AV3Sb5 (A=K, Rb, Cs)，是最近发现的一类不呈现可分辨磁序的kagome金属。这类材料已经在非平凡的拓扑环境中显示出了不寻常的电子行为，比如巨大的异常霍尔响应，源自于巨大的贝里曲率，以及kagome系统中罕见的超导现象。理论表明，AV3Sb5的能带结构具有非平凡的拓扑不变量，并结合显现的超导性，在铁基高 T c超导体家族中与拓扑金属形成有趣的平行关系。由于费米能级附近的van Hove奇点和费米表面的准一维区域造成的态密度大，也为在kagome晶格上寻找难以捉摸的相关态提供了理想的场所。虽然理论预测了kagome晶格电子结构的空间对称破缺的许多可能性，但它们的实验实现一直具有挑战性。

在这里，研究者利用光谱成像扫描隧道显微镜(SI-STM)，在kagome超导体CsV3Sb5中发现了对称破缺相的级联与温度的函数关系，可检测为不同的电荷有序态和各向异性准粒子散射特征。这些相在正常状态下发展，并在超导 T c以下持续存在。实验证明，CsV3Sb5中的超导性，来自于本应破缺的旋转和平移对称的电子态，并与之共存。在远高于超导跃迁温度( T c~2.5 K)的温度下，研究者揭示了一个具有2a0周期的三元电荷序，打破了晶格的平移对称性。当系统冷却到 T c时，研究者在费米能级上观察到一个显著的V型光谱缺口，并在超导跃变过程中持续破坏了六重旋转对称性。在微分电导图中，出现了额外的4a0单向电荷阶和强各向异性散射。后者可直接归因于钒kagome能带的轨道选择重正化。该实验揭示了可在kagome晶格上共存的复杂电子态，并提供了与高温超导体和扭曲双层石墨烯有趣的相似之处。

图1 表面表征。

图2 大尺度电子特性。

图3 低温下电荷有序。

图4 CsV3Sb5准粒子干涉(QPI)中旋转对称破缺的可视化研究。

未来的实验，应该通过更详细的温度、能量和掺杂相关的测量来解决不同相之间的竞争，同时也要寻找本征拓扑超导性和非平凡能带拓扑预计会出现的Majorana模式的证据。（文：水生）

我国在超导陶瓷方面的研究进展论文

　　品 名:超导陶瓷
　　拼音:chao1dao3tao2ci2
　　英文名称：superconductivity ceramics
　　说明:具有超导性的陶瓷材料。其主要特性是在一定临界温度下电阻为零即所谓零阻现象。在磁场中其磁感应强度为零，即抗磁现象或称迈斯纳效应（Meissner effect）。高临界温度（90开以上）的超导陶瓷材料组成有YBa2Cu3O7-δ，Bi2Sr2Ca2Cu3O10，Tl2Ba2Ca2Cu3O10。超导陶瓷在诸如磁悬浮列车、无电阻损耗的输电线路、超导电机、超导探测器、超导天线、悬浮轴承、超导陀螺以及超导计算机等强电和弱电方面有广泛应用前景。
　　奇异的超导陶瓷
　　1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，该记录保持了13年。1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧－钡－铜－氧）具有35K的高温超导性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。
　　1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！
　　高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。

【物理】关于超导体

超导体最重要的特点是电流通过时电阻为零，有一些类型的金属（特别是钛、钒、铬、铁、镍），当将其置于特别低的温度下时，电流通过时的电阻就为零。在普通的导体中，大部分通过导体的电流由于电阻的原因变为热能，因而被“消耗”掉了。在超导体中，实际上没有阻力，这样，一旦接通电流，从理论上讲就永远不会中断。在一个用超导体制成的电磁体（一个线圈，电流从中通过时产生电磁场）所构成的电路中，从理论上讲只送入一次电流，就可以在电路内不停的流动，从而就能使电磁场持续不断。当然，实际上是存在损耗的，不可能实现这类“永动”，不能不去考虑必需的能源投入，以使超导体能保持其产生零电阻现象所需要的底温状态（即-269℃，比绝对零度高出4℃）。

然而，从80年代初开始，人们发现了新材料。这种新材料能够在越来越接近常温的条件下形成超导体。为在这些物质的基础上获得超导体，各国都正在进行各种研究。这种材料同传统材料的区别在于它不需要冷却系统。

超导现象是1911年由荷兰人海克·卡默林·翁内斯（1853－1926）发现的。几十年中，没有人能做出解释。在理论上让人信服的解释出现在半个世纪之后，即在1957年由物理学家约翰·巴丁（晶体管发明者之一）、利昂·库珀和约翰施里弗宣布的“BCS理论”。电流是一种在金属离子，亦即带有多出的正电荷的原子周围流动的自由电子，电阻的产生是因为离子阻碍了电子的流动，而阻碍的原因又是由于原子本身的热振动以及它们在空间位置的不确定所造成的。

在超导体中，电子一对一对结合构成了所谓的“库珀对”，它们中的每一对都以单个粒子的形式存在。这些粒子抱成一团流动，不顾及金属离子的阻力，好像是液体一样在流动。这样，事实上就中和了任何潜在的阻力因素。

在普通导体中会发生什么情况

上边这幅图使电传导观念形象化了，电传导就如同球体（电子）运动一样。它在斜面上流动（斜面相当于一个导体）障碍物代表金属离子不规则的网状结构，它们不允许电子自由流动。这就是形成电阻的原因。电子与全属离子相撞，输出了它的部分能量，这些能量又转化为热量。

超导体会发生什么变化

超导体中电子两个两个地成组聚集在所谓的“库珀对”里面，它们又表现为单一的粒子，这同煤气分子能够聚集成液体状是同样的道理。超导电子作为整体以液体的形态表现出来，尽管存在着由于金属离子摆动和金属离子网的不规则带来的阻碍，它还是能够自由流动而不受影响。
超导体

超导体，气体液化问题是19世纪物理学的热点之一。1911年昂内斯发现：汞的电阻在42K左右的低温度时急剧下降，以致完全消失(即零电阻）。1913年他在一篇论文中首次以“超导电性”一词来表达这一现象。由于“对低温下物质性质的研究，并使氦气液化”方面的成就，昂内斯获1913年诺贝尔物理学奖。
直到50年后，人们才获得了突破性的进展，“BCS"理论的提出标志着超导电性理论现代阶段的开始“BCS"理论是由美国物理学家巴丁、库珀和施里弗于1957年首先提出的，并以三位科学家姓名第一个大写字母命名这一理论。这一理论的核心是计算出超导体中存在电子相互吸引从而形成一种共振态，即存在“电子对”。
1962年英国剑桥大学研究生约瑟夫森根据“BCS”理论预言，在薄绝缘层隔开的两种超导材料之间有电流通过，即“电子对”能穿过薄绝缘层（隧道效应）；同时还产生一些特殊的现象，如电流通过簿绝缘层无需加电压，倘若加电压，电流反而停止而产生高频振荡。这一超导物理现象称为“约瑟夫森效应”。这一效应在美国的贝尔实验室得到证实。“约瑟夫森效应”有力的支持了“BCS理论”。因此，巴丁、库怕、施里弗荣获1972年诺贝尔物理奖。约瑟夫森则获得1973年度诺贝尔物理奖。
德国物理学家柏诺兹和瑞士物理学家缪勒从1983年开始集中力量研究稀土元素氧化物的超导电性。1986年他们终于发现了一种氧化物材料，其超导转变温度比以往的超导材料高出12度。这一发现导致了超导研究的重大突破，美国、中国、日本等国的科学家纷纷投入研究，很快就发现了在液氮温区（－196C以下)获得超导电性的陶瓷材料，此后不断发现高临界温度的超导材料。这就为超导的应用提供了条件。帕诺兹和缪勒也因此获1987年诺贝尔物理奖。

超导体处于主导地位

柯宝泰

超导体最重要的特点是电流通过时电阻为零，有一些类型的金属（特别是钛、钒、铬、铁、镍），当将其置于特别低的温度下时，电流通过时的电阻就为零。在普通的导体中，大部分通过导体的电流由于电阻的原因变为热能，因而被“消耗”掉了。在超导体中，实际上没有阻力，这样，一旦接通电流，从理论上讲就永远不会中断。在一个用超导体制成的电磁体（一个线圈，电流从中通过时产生电磁场）所构成的电路中，从理论上讲只送入一次电流，就可以在电路内不停的流动，从而就能使电磁场持续不断。当然，实际上是存在损耗的，不可能实现这类“永动”，不能不去考虑必需的能源投入，以使超导体能保持其产生零电阻现象所需要的底温状态（即-269℃，比绝对零度高出4℃）。

然而，从80年代初开始，人们发现了新材料。这种新材料能够在越来越接近常温的条件下形成超导体。为在这些物质的基础上获得超导体，各国都正在进行各种研究。这种材料同传统材料的区别在于它不需要冷却系统。

超导现象是1911年由荷兰人海克·卡默林·翁内斯（1853－1926）发现的。几十年中，没有人能做出解释。在理论上让人信服的解释出现在半个世纪之后，即在1957年由物理学家约翰·巴丁（晶体管发明者之一）、利昂·库珀和约翰施里弗宣布的“BCS理论”。电流是一种在金属离子，亦即带有多出的正电荷的原子周围流动的自由电子，电阻的产生是因为离子阻碍了电子的流动，而阻碍的原因又是由于原子本身的热振动以及它们在空间位置的不确定所造成的。

在超导体中，电子一对一对结合构成了所谓的“库珀对”，它们中的每一对都以单个粒子的形式存在。这些粒子抱成一团流动，不顾及金属离子的阻力，好像是液体一样在流动。这样，事实上就中和了任何潜在的阻力因素。

在普通导体中会发生什么情况

上边这幅图使电传导观念形象化了，电传导就如同球体（电子）运动一样。它在斜面上流动（斜面相当于一个导体）障碍物代表金属离子不规则的网状结构，它们不允许电子自由流动。这就是形成电阻的原因。电子与全属离子相撞，输出了它的部分能量，这些能量又转化为热量。

超导体会发生什么变化

超导体中电子两个两个地成组聚集在所谓的“库珀对”里面，它们又表现为单一的粒子，这同煤气分子能够聚集成液体状是同样的道理。超导电子作为整体以液体的形态表现出来，尽管存在着由于金属离子摆动和金属离子网的不规则带来的阻碍，它还是能够自由流动而不受影响。

人们早已知道，随着温度的降低，金属的电阻会减小，但是并不知道在温度接近绝对零度时，电阻会降低到什么程度。为了弄清这个问题，荷兰物理学家昂尼斯（1853～1926）开始对极低温度下金属电阻的研究。1911 年，他在测量低温下水银的电阻时发现，水银的电阻并不像人们预想的那样随着温度的降低连续地减小，而是当温度降到—269℃左右时突然完全消失。以后还发现一些金属或合金，当温度降到某一温度时，电阻也会变为零。这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。物质的电阻变为零时的温度叫做这种物质的超导转变温度或超导临界温度，用TC 表示。物质低于TC 时具有超导性，高于TC 时失去超导性。

超导体的发现，在科学技术上有很大的意义。例如，由于现代生产的发展，对电能的需要迅速增长，有人统计，几乎每隔10 年对电能的需要就会增长一倍。但输电线有电阻，由于电流的热效应，使损失在输送电路上的电能大约超过。如果我们能够找到常温下的超导材料，就可以在发电、送电、电动机等方面大规模地利用超导性能，它将在现代技术的一切领域内引起一场巨大的变革。所以常温超导体的研究，是目前的一个重要课题，即使得不到常温超导体，能寻找到转变温度较高的超导体亦有重大意义。在这方面，我国的研究工作走在世界前列，1989 年已找到TC 达—141℃的超导材料，这是在高临界温度超导体研究方面取得的重大突破。

如何看待人类首次实现室温超导的举措呢？

这一次关于室温超导的研究论文只是告诉大家临界温度的记录又被破了。可是记录好破，但是能够在恒温的室温下有一个超导材料是很难得的，而且目前还一直在寻找当中，不过迟早有一天我们会找到的，而且也不需要很高的压力以及其他的外在条件与要求进行束缚与限制，当然也希望超导突破历史性的时刻能够早日到来。

不过第1次发现可以在不需要任何冷却的情况下可以实现0电阻的导电的这样一种室温超导体，这也是一次非常伟大的进步了，就差能够落实到实处了，一旦落实的话，对于我国的电网还有物理科研等都是不可估量的贡献。不过在得诺贝尔奖的科学家里，研究关于超导的科学家已经有10位了，说明这个领域的佼佼者还是不少的，而且也很受科学家们的重视，虽然之前也发现了室温超导体，但是它使用的时候有一个很大的限制条件，那就是必须放在冷室温下进行，就是因为这一条件才导致室温超导体的广泛应用的步伐被限制住了。

不过最近这几年呢，很多的科学家甚至可以说全世界各国有能力研究室温超导体的，都在加紧研究破记录的成就，终于在今年10月15号，在一本自然杂志上看到了最新的室温超导体的科研成果，而这个新的研究成果有一个美称——“第1个室温超导体。”虽然这是美国的科学家发明的，但是让我们了解到室温超导体由原来必须在负13.15度才能用的情况下，已经被提升到了15度左右。总体而言还是有很大的一个提高与进步的，其实从这也能看出未来各个国家的资源竞争，实际上就是高科技以及科学家的竞争。

以上就是对“如何看待人类首次实现室温超导的举措呢？”的看法，或许你有什么其他不同的意见，欢迎写在下面的评论区，咱们大家一起来讨论。

电荷条纹与超导体相互作用方面，取得重要进展

与传统超导材料相比，高温超导体在温度高得多的条件下，承担着零电阻导的电。自从30多年前被发现以来，由于其在磁悬浮列车和长距离电线等技术上具有革命性的潜力，使得人们对高温超导体产生了极大的兴趣，但是科学家们仍然不明白高温超导体的原理是什么。其中一个谜团是，电荷密度波（在材料中运行的电子密度高低的静态条纹）已经在高温超导体的主要家族之一铜基铜酸盐中发现。

但这些电荷条纹是增强超导性，抑制超导性，还是起到了其他作用？在独立研究中，两个研究小组报告了在理解电荷条纹如何与超导相互作用方面取得的重要进展。这两项研究都是在美国能源部SLAC国家加速器实验室用x射线进行的。

在发表于《科学进展》期刊上的研究论文中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)研究人员利用SLAC的Linac相干光源(LCLS) x射线自由电子激光器，观察了铜超导体中电荷密度波的波动。

用传统激光的脉冲干扰电荷密度波，然后使用x射线共振非弹性散射(RIXS)，观察这些波在几万亿分之一秒内的恢复，这个恢复过程遵循一个普遍的动态缩放定律：在所有的尺度上都是相同的，就像分形图案在放大或缩小时看起来是一样的。有了LCLS，科学家们第一次能够精确地测量电荷密度波波动的距离和速度。令人惊讶的是，研究小组发现，波动并不像铃声或蹦床的弹跳；相反，它们更像是糖浆的缓慢扩散：一种在固体中从未见过的液晶行为的量子模拟。

美国伊利诺伊大学香槟分校彼得·阿巴蒙特教授团队的博士后研究员马泰奥·米特拉诺(Matteo Mitrano)说：我们在LCLS的实验建立了一种研究电荷密度波波动的新方法，这可能促使对高温超导体如何工作的新理解产生。这个团队还包括来自斯坦福大学、美国国家标准与技术研究所和布鲁克海文国家实验室的研究人员。发表在《自然通讯》上的另一项研究，利用斯坦福大学同步加速器辐射光源的x射线，发现了两种电荷密度波的排列方式，在这些波与高温超导之间建立了新的联系。

在SLAC科学家李俊锡(Jun-Sik Lee)的带领下，研究小组利用共振软x射线散射(RSXS)来观察温度如何影响铜超导体中的电荷密度波。这解决了之前实验数据的不匹配问题，并为全面绘制这些奇异超导材料中电子行为的图谱开辟了新道路。相信， 探索 新的或隐藏排列方式，以及它们相互交织的现象，将有助于我们对铜酸盐高温超导性的理解，这将为研究人员设计和开发在更高温度下工作的新超导体提供信息。