理論預(yù)測(cè)的“惡魔”粒子首次現(xiàn)身，可助揭示超導(dǎo)體工作原理

(資料圖)

理論預(yù)測(cè)67年后，美國和日本的科學(xué)家首次在釕酸鍶內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了名為“惡魔”的粒子。這一發(fā)現(xiàn)或可解釋為什么某些材料是超導(dǎo)體，并有助科學(xué)家尋找新的超導(dǎo)材料。相關(guān)論文發(fā)表于9日出版的《自然》雜志。

科學(xué)家們目前尚不清楚超導(dǎo)體究竟是如何工作的。

圖片來源：《新科學(xué)家》網(wǎng)站

該粒子是一種等離子體激元，產(chǎn)生于名為等離子體的帶電粒子。當(dāng)電子從原子中自由“漂浮”出來時(shí)，就會(huì)形成等離子體。等離子體激元是等離子體內(nèi)的集體振動(dòng)，其行為就像一個(gè)粒子，這種“準(zhǔn)粒子”在金屬反射和吸收光等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

1956年，美國物理學(xué)家大衛(wèi)·派因斯首次提出了一種由兩種不同能量的等離子體以不同頻率振蕩產(chǎn)生的等離子體激元，稱其為“獨(dú)特的電子運(yùn)動(dòng)”或“惡魔”，并預(yù)測(cè)它將具有多種特性：對(duì)光不可見、電中性、行為表現(xiàn)類似聲音等。這些特征有助揭示超導(dǎo)性，以及金屬納米顆粒與如何光相互作用。

在最新研究中，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校彼得·阿巴蒙特領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，首次在釕酸鍶這一超導(dǎo)晶體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了“惡魔”。為做到這一點(diǎn)，他們將電子從晶體上彈開，并以極高精度測(cè)量其獲得或損失的能量，然后利用這一微小的能量變化計(jì)算晶體內(nèi)“惡魔”的動(dòng)量，結(jié)果與派因斯的預(yù)測(cè)非常吻合。

釕酸鍶的高能光譜。

圖片來源：《自然》網(wǎng)站

阿巴蒙特表示，“惡魔”也應(yīng)該存在于其他許多金屬材料中，只需要這種金屬擁有兩組以不同頻率振動(dòng)的不同能量的電子，而包括高溫超導(dǎo)體氫化鑭在內(nèi)的很多材料都擁有這些特征。

這種“惡魔”粒子或許也能解釋超導(dǎo)性是如何產(chǎn)生的。獲得諾貝爾獎(jiǎng)的BCS理論(以三位發(fā)現(xiàn)者名字的首字母命名)是解釋常規(guī)超導(dǎo)體超導(dǎo)性的微觀理論，其認(rèn)為電子可配對(duì)并在零電阻情況下四處移動(dòng)，這些成對(duì)電子可通過聲音準(zhǔn)粒子“聲子”相互作用。但也有人認(rèn)為，它們能通過“惡魔”粒子相互作用。阿巴蒙特表示，最新研究可能暗示了情況確實(shí)如此。

關(guān)鍵詞：