開創研究新領域!科學家發現新種類「g 波超導體」

超導體示意圖,非本實驗發現的 g 波超導體。圖片來源:Wikimedia Commons

超導體是在特定條件下,電阻能夠消失的材料。由於超導體沒有電阻,電能傳輸效率可達 100%,是非常理想的線材;但是超導體必須要在極低溫才有超導特性,因此仍無法大規模商用化。

近期,康乃爾大學研究團隊發現一種全新的超導體:g 波超導體(g-wave superconductor),開創全新的超導體研究領域。研究團隊將論文發表在《Nature Physics》期刊上。

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目前已知的超導體多為 s 波與 d 波超導體

目前為止,幾乎所有人類已知的超導體都被確認為「自旋單重態」(spin singlet),由庫柏電子對組成,由於自旋相反的電子會結合在一起,因此消除了材料的電阻。自旋單重態超導體目前有兩種類型:s 波與 d 波超導體。s 波超導體的庫柏電子對直接指向彼此,抵銷彼此的角動量;d 波超導體則是在一個軸產生正向角動量,另一個軸產生負向的角動量。

而這次發現的 g 波超導體,則有不同於 s 波與 d 波超導體的角動量。

研究團隊尋找 p 波超導體,意外發現 g 波超導體

其實,研究團隊原先在尋找另一種理論上的超導體:p 波超導體。p 波超導體為「自旋三重態」(spin-triplet),庫柏電子對有相同的自旋方向,產生 1 單位的角動量,介於 s 波與 d 波超導體之間。研究團隊使用超詳盡共振超聲波光譜分析釕酸鍶(Strontium ruthenate,Sr2RuO4),意外發現未知的超導特性。

材料的彈性常數(elastic constants)為聲波通過該材料的速度。釕酸鍶的彈性常數顯示,它是一種雙組成成份超導體,能夠與複雜的電子結合,並需要一個方向和一個數字來表達,代表釕酸鍶不能歸類為已發現,或是任何已知理論的超導體類型。研究團隊成員 Brad Ramshaw 表示,g 波的角動量為 4 個單位,而沒有學者想過會有 g 波超導體。

研究團隊的下一步,除了繼續尋找 p 波超導體外,也會也會進一步研究釕酸鍶的特性。Ramshaw 表示,釕酸鍶有很高的研究價值,能了解它屬於哪種金屬,它在不同溫度、磁場下的特性等等。若它在更高溫的狀態下有超導性,就有機會用於電網,提升電力的傳輸效率。

參考資料

Nature Physics》、《Science Alert》、《PhysOrg

(本文提供合作夥伴轉載;首圖來源:Wikimedia Commons

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