开创研究新领域!科学家发现新种类“g波超导体”

超导体是在特定条件下,电阻能够消失的材料。由于超导体没有电阻,电能传输效率可达100%,是非常理想的线材;但是超导体必需要在极低温才有超导特性,因此仍无法大规模商用化。

近期,康奈尔大学研究团队发现一种全新的超导体:g波超导体(g-wave superconductor),开创全新的超导体研究领域。研究团队将论文发布在《Nature Physics》期刊上。

目前已知的超导体多为s波与d波超导体

目前为止,几乎所有人类已知的超导体都被确认为“自旋单重态”(spin singlet),由库柏电子对组成,由于自旋相反的电子会结合在一起,因此消除了材料的电阻。自旋单重态超导体目前有两种类型:s波与d波超导体。s波超导体的库柏电子对直接指向彼此,抵消彼此的角动量;d波超导体则是在一个轴产生正向角动量,另一个轴产生负向的角动量。

而这次发现的g波超导体,则有不同于s波与d波超导体的角动量。

研究团队寻找p波超导体,意外发现g波超导体

其实,研究团队原先在寻找另一种理论上的超导体:p波超导体。p波超导体为“自旋三重态”(spin-triplet),库柏电子对有相同的自旋方向,产生1单位的角动量,介于s波与d波超导体之间。研究团队使用超详尽共振超声波光谱分析钌酸锶(Strontium ruthenate,Sr2RuO4),意外发现未知的超导特性。

材料的弹性常数(elastic constants)为声波通过该材料的速度。钌酸锶的弹性常数显示,它是一种双组成成分超导体,能够与复杂的电子结合,并需要一个方向和一个数字来表达,代表钌酸锶不能归类为已发现,或是任何已知理论的超导体类型。研究团队成员Brad Ramshaw表示,g波的角动量为4个单位,而没有学者想过会有g波超导体。

研究团队的下一步,除了继续寻找p波超导体外,也会也会进一步研究钌酸锶的特性。Ramshaw表示,钌酸锶有很高的研究价值,能了解它属于哪种金属,它在不同温度、磁场下的特性等等。若它在更高温的状态下有超导性,就有机会用于电网,提升电力的传输效率。

参考资料

《Nature Physics》、《Science Alert》、《PhysOrg》