德发现超导材料存在能量空隙

沉落湖心

通常电流通过金属导体时会产生损耗，但在一定的温度条件下则不会发生损耗，这就是1957年由巴丁、库珀和施里弗共同解释的所谓超导现象。然而3位科学家并没有完全阐明超导现象产生的机理。最近，位于斯图加特的德国马普固体研究所物理学家再次对铅和铌的超导性能进行了测试，发现了超导体费米表面迄今未被发现的一些细节，即电子在超导体费米表面运动时会形成能量空隙，空隙的大小与费米表面的形态有关。这一对超导材料性能的新发现刊登在近期的《科学进展》杂志网页上。

　　据德国马普固体研究所物理学家伯恩哈特·凯姆介绍，通常负电子在金属中运动时要穿越正离子组成的晶格栅，由于负电子与正离子是相向运动，于是会在金属中产生阻抗并损耗能量。而在超导状态下，一个负电子会和另一个负电子结成所谓的库珀电子对，这样就可以自由地穿越金属的晶格栅。早先以3位科学家姓名命名的超导BCS理论只解释了在一定的温度下，负电子会结成库珀电子对，克服晶格栅的阻抗。

　　研究人员在对铅和铌两种金属材料的测试中发现，负电子要结成库珀电子对，需要一定的能量使电子跃过一个所谓的能量空隙，这个空隙的出现与特定的温度有关，而科学家恰恰清楚地观察到了在特定温度下能量空隙的出现。科学家在两种金属中还发现了另一种迄今被认为独立于超导体的现象：电子在电子脉冲或一定的加速能量作用下会形成一个电子峰谷，峰顶聚集着很多电子，谷底只有很少电子，物理学家把这个峰谷称为“科恩—不规则”（Kohn-Anomalien）。由于电子脉冲或加速能量的作用，电子在这个峰谷位置很容易被振动的原子所碰撞，并无法结成库珀电子对。凯姆称“科恩—不规则”与能量空隙是一对冤家，如果没有“科恩—不规则”，也许金属在较高的温度下也能产生超导。

　　目前，科学家还无法就“科恩—不规则”和能量空隙对克服晶格栅的作用进行定性测量。马普固体研究所的专家只能借助“旋转—响应—中子散射”方法对金属原子的振动进行测量。有关专家认为，超导材料存在能量空隙的新发现是对BCS超导理论的完善，将有助于对超导材料的进一步研究。