物理学家发现奇怪的单个电子可以形成伙伴关系

在适当的情况下，单个电子可以形成伙伴关系，使它们可以毫不费力地通过称为超导体的特殊材料滑动-使它们在无电阻的情况下传导电流。

这本身就令人印象深刻。但是现在，物理学家已经找到了证据，这些被称为“库珀对”的量子伙伴关系也能够作为一种崭新的状态。

中美研究人员的合作发现了一种奇怪的电子活性，该实验旨在解决一个长期存在的问题，即自由漫游和锁定库珀对之间是否存在中间地带。

传统上，人们认为库珀对只有这两种状态-它们毫不费力地滑动以创建超导状态，或者它们被卡在材料中并且根本不让任何电流通过，从而创建了绝缘状态。

现在，还发现这些量子婚姻处于中间状态-既不是超导电流，也不是阻止它。有点像正常的单个电子。

虽然这听起来像是失去了超级大国，但介于两者之间的状态实际上就像我们之前从未见过的那样。实际上，它作为一种崭新的事物状态正引起人们的注意。

要了解这一点，我们必须回顾一下。

通常，电子像任何其他“费米子”型粒子一样，在量子特征中嵌入自己的身份，这意味着它们永远无法占据相同的空间。

这就是为什么两个费米子不能占据同一空间，而被称为玻色子的粒子却像鬼魂一样穿过彼此的原因。这就是当电子穿过某种材料时会引起电阻的原因-它们最终会相互碰撞并在移动时失去能量。

但是在1970年代，一位名叫莱昂·库珀(Leon Cooper)的美国物理学家发现，正确导电材料中的电子可以在足够低的温度下彼此形成伙伴关系。

它们被称为库珀对，这种配对的显着结果是失去了清晰的量子身份，使它们具有类似于玻色子的幽灵般的性质。这有助于它们容易地滑过组成材料的原子晶格，从而形成超导状态。

超导体因其携带能量的效率而获得工程师的高度评价，其热量散失很小(如果有的话)。不幸的是，超导体的实用性相当有限，需要极高的温度或极高的压力才能工作。

现代物理学的主要目标之一是准确确定库珀对的功能，以及我们如何能够在不费劲地挤压或降低温度的情况下创建它们。

早在2007年，来自美国布朗大学的一小组物理学家发现，库珀对还具有第二种状态-可以制造出一种材料，将这些鬼电子对实际上捕获在微小的超导岛上，从而有效地将它们冻结在他们的足迹。

这意味着库珀对可以通过导体全速前进，也可以相对静止地坐在绝缘子中。

在最新的实验中，来自同一团队的研究人员希望制造一种材料，以使库珀对可以轻松地运动，就像单电子可能在室温下穿过任何花园金属一样。

布朗大学物理学家吉姆·瓦雷斯(Jim Valles)表示：“有证据表明，当薄膜超导体冷却至其超导温度时，该金属态便会出现，但这种状态是否涉及库珀对是一个悬而未决的问题。”

“我们已经开发出一种技术，使我们能够测试该问题，并且我们证明，确实，库珀对负责在这种金属状态下传输电荷。”

该技术的核心是与2007年库珀线对绝缘测试中所使用的材料类似的晶片。

一束薄薄的超导钇钡氧化铜，上面铺有六角形的纳米凹坑阵列(如下所示)，当电流流过时，它会暴露于磁场中。

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