室温超导真的来了吗？APS数据库带您解锁超导奥秘！

近日，韩国一个科学家团队表示，他们发现了全球首个室温常压超导材料——改性铅磷灰石晶体结构（下称LK-99，一种掺杂铜的铅磷灰石），引发了全球的广泛关注。然而，随着进一步的实验和研究展开，这一发现引发了一场科学上的争议。

最初，全球研制出的实验品陆续发现了一些悬浮现象，使人们对LK-99的室温超导性质产生了希望。

国内部分LK-99悬浮现象视频截图

随后，中科院的一篇论文提出了不同的观点，认为LK-99中的类似超导行为可能是由Cu₂S一级结构相变引起的电阻率减小所致。

尽管中科院的论文提供了一种替代解释，但仍然有其他科学家认为这篇论文“不能证明LK-99不存在室温超导相，中科院物理所的论文只是提出了LK-99电阻突降的一种他因导致的可能，并不足以证实或者证伪什么。”

室温超导是否真的将要实现尚未可知。但可以确定的是，超导体作为一种革命性材料，一旦突破将会为我们的社会带来巨变。

自1911年荷兰科学家Onnes首次发现超导现象，科学界对于超导体的研究已有百余年的历史，借此机会，与大家分享APS数据库中的超导体系列文章：

John Bardeen，Leon Cooper和Robert Schrieffer/维基媒体

超导性的微观理论早在高温超导体之前就出现了。1957年，John Bardeen，Leon Cooper和Robert Schrieffer设计了一个理论来解释汞等材料如何在低温下无电阻导电。这个理论已成为固态物理学中最成功的理论之一。

该理论被称为“BCS”理论（取自三人的首字母）- 它将超导性与束缚电子对联系起来，称为库珀对。如果这些电子对的量子力学波函数对齐，电子就会形成一种集体态，这种状态下它们无法“看到”其他电子或晶格，使其能够在没有电阻的情况下移动。虽然该理论适用于低温超导体，但却未能完全解释高温超导体。BCS理论预测的库珀对的结合力非常低，不能承受较高温度下存在的较大热振动。

Microscopic Theory of Superconductivity

J. Bardeen, L. N. Cooper, and J. R. Schrieffer

Phys. Rev. 106, 162 (1957)

Theory of Superconductivity

J. Bardeen, L. N. Cooper, and J. R. Schrieffer

Phys. Rev. 108, 1175 (1957)

Source：Phys. Rev. Lett. 100, 047004 (2008)

超导体虽然导电，但却没有费米面。自1956年德国物理学家Peter Flude提出“分段费米面“的猜想以来，科学家们就在不断验证。但实现”分段费米面“在实验上十分困难，在提出50年后一直未能有重大突破。2007和2008年发表的两项研究中，科学家着手通过实验测量欠掺杂铜基超导体的费米弧。

为了做到这一点，Doiron-Layraud和他的同事们测量了欠掺杂铜基超导体YBa2Cu3O6.5电阻随着外加磁场的变化函数。该团队观测到材料电阻的量子振荡——费米面的直接展现——当超导电性被外加磁场压制时。在第二个研究中，Alimamy Bangura和他的同事们观测到了相同的振荡，但是这次是在欠掺杂铜基超导体YBa2Cu4O8薄膜中。这些测量确立了欠掺杂铜基超导体中存在费米面。低频量子振荡表明这些材料的费米面由不同的“口袋”组成，而不是在过掺杂铜基超导体中测到的连续的费米面。

Small Fermi Surface Pockets in Underdoped High Temperature Superconductors: Observation of Shubnikov–de Haas Oscillations in YBa₂Cu₄O₈

A. F. Bangura, J. D. Fletcher, A. Carrington, J. Levallois, M. Nardone, B. Vignolle, P. J. Heard, N. Doiron-Leyraud, D. LeBoeuf, L. Taillefer, S. Adachi, C. Proust, and N. E. Hussey

Phys. Rev. Lett. 100, 047004 (2008)

Phys. Rev. B 40, 7391(R) (1989)

上世纪80年代末，科学家观测到铜基超导体未掺杂化合物时反铁磁莫特绝缘体，Jan Zaanen和Olle Gunnarsson从理论上研究了反铁磁性的分解。两人计算出，掺杂引入的过多空穴凝聚到带电的磁畴线，从而形成“条纹相”。

John Tranquada及其同事后来在铷掺杂的镧铜基超导体中展示了条纹相的实验证据。利用中子散射技术，研究小组证实条纹相和超导态在这种材料中共存，引发了这两种态是否相关的争论。

Charged magnetic domain lines and the magnetism of high-Tc oxides

Jan Zaanen and Olle Gunnarsson

Phys. Rev. B 40, 7391 (1989)

Coexistence of, and Competition between, Superconductivity and Charge-Stripe Order in La_1.6−xNd_0.4SrxCuO₄

J. M. Tranquada, J. D. Axe, N. Ichikawa, A. R. Moodenbaugh, Y. Nakamura, and S. Uchida

Phys. Rev. Lett. 78, 338 (1997)

Gadolinist/维基媒体

铜基超导体不仅具有高超导转变温度的特征，还具有短相干长度，深磁穿透深度和二维层状结构。1989年，Matthew Fisher的理论表明当材料加上很强的外加磁场，材料中的微观无序与这些不寻常的特性结合会导致一个新的磁涡旋玻璃相。Fisher预测这个玻璃态也是一个零电阻的超导态。

当年晚些时候，Roger Koch和同事们提供了支持了Fisher预测的实验证据。在Y-Ba-Cu-O外加上强磁场中细致的测量伏安（电流电压）特性，该团队划分出正常涡旋液体和超导涡旋玻璃随温度变化的平衡相变界。

Daniel Fisher，Matthew Fisher和David Huse随后为涡旋玻璃提出了一个的完整的理论并研究了高温铜基超导体其他的磁相。他们的工作为涡旋玻璃确实是零电阻超导态的这一观点提供了进一步的证据，其磁涡旋被淬火的点缺陷钉扎。

Vortex-glass superconductivity: A possible new phase in bulk high-Tc oxides

Matthew P. A. Fisher

Phys. Rev. Lett. 62, 1415 (1989)

Experimental evidence for vortex-glass superconductivity in Y-Ba-Cu-O

R. H. Koch, V. Foglietti, W. J. Gallagher, G. Koren, A. Gupta, and M. P. A. Fisher

Phys. Rev. Lett. 63, 1511 (1989)

Thermal fluctuations, quenched disorder, phase transitions, and transport in type-II superconductors

Daniel S. Fisher, Matthew P. A. Fisher, and David A. Huse

Phys. Rev. B 43, 130 (1991)

超导研究不仅有重大的应用价值，对基础物理的研究也有重大意义。以上介绍只节选了超导研究中的部分内容。更多超导研究进展与观点，请在订阅IP范围内访问https://journals.aps.org/。

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