通常電流通過金屬導體時會產生損耗,但在一定的溫度條件下則不會發生損耗,這就是1957年由巴丁、庫珀和施里弗共同解釋的所謂超導現象。然而3位科學家并沒有完全闡明超導現象產生的機理。最近,位于斯圖加特的德國馬普固體研究所物理學家再次對鉛和鈮的超導性能進行了測試,發現了超導體費米表面迄今未被發現的一些細節,即電子在超導體費米表面運動時會形成能量空隙,空隙的大小與費米表面的形態有關。這一對超導材料性能的新發現刊登在近期的《科學進展》雜志網頁上。
據德國馬普固體研究所物理學家伯恩哈特?凱姆介紹,通常負電子在金屬中運動時要穿越正離子組成的晶格柵,由于負電子與正離子是相向運動,于是會在金屬中產生阻抗并損耗能量。而在超導狀態下,一個負電子會和另一個負電子結成所謂的庫珀電子對,這樣就可以自由地穿越金屬的晶格柵。早先以3位科學家姓名命名的超導BCS理論只解釋了在一定的溫度下,負電子會結成庫珀電子對,克服晶格柵的阻抗。
研究人員在對鉛和鈮兩種金屬材料的測試中發現,負電子要結成庫珀電子對,需要一定的能量使電子躍過一個所謂的能量空隙,這個空隙的出現與特定的溫度有關,而科學家恰恰清楚地觀察到了在特定溫度下能量空隙的出現。科學家在兩種金屬中還發現了另一種迄今被認為獨立于超導體的現象:電子在電子脈沖或一定的加速能量作用下會形成一個電子峰谷,峰頂聚集著很多電子,谷底只有很少電子,物理學家把這個峰谷稱為“科恩?不規則”(Kohn-Anomalien)。由于電子脈沖或加速能量的作用,電子在這個峰谷位置很容易被振動的原子所碰撞,并無法結成庫珀電子對。凱姆稱“科恩?不規則”與能量空隙是一對冤家,如果沒有“科恩?不規則”,也許金屬在較高的溫度下也能產生超導。
目前,科學家還無法就“科恩?不規則”和能量空隙對克服晶格柵的作用進行定性測量。馬普固體研究所的專家只能借助“旋轉?響應?中子散射”方法對金屬原子的振動進行測量。有關專家認為,超導材料存在能量空隙的新發現是對BCS超導理論的完善,將有助于對超導材料的進一步研究。
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