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超導相圖誰是本尊

97/03/05 15726

張志玲｜《科學發展》特約文字編輯（文字整理）

中央研究院物理所李定國博士和他的研究團隊發現，高溫超導體具有電子強關聯性和許多能量相近的基態，倘若有些微改變，就會從一個基態轉變到另外一個。他們以 3 個以上不同變分波函數演算，來決定「二維 T−J 模型」描述的超導機制，結果得到金屬反鐵磁態、共存態及超導態 3 種不同基態的新相圖。隨後日本大阪大學的研究團隊，利用水銀系統材料和核磁共振法進行高溫超導實驗，也得到相同結果。這個新相圖與舊相圖差異頗大，究竟哪一個才是超導相圖的本尊，受到相當的矚目。

發現電子強關聯性

超導體就是零電阻、反磁材料，而臨界溫度高於絕對溫度 77 度（攝氏零下 196 度）的超導體通稱為高溫超導體，這類材料大都是含銅氧化物。李博士團隊發現：含銅氧化物會從反鐵磁絕緣態（AFMI），轉變成金屬反鐵磁態（AFMM）和超導態（SC）；而且在兩個基態間，會有一個金屬反鐵磁態與超導態的共存態（AFMM + SC）存在。這是很重要的發現，隨後日本團隊也以不同實驗方法證實共存態的存在。

這些基態的存在與電子強關聯性有很重要的關係。大多數學者認為干擾電子跳動的因子，除了可使電子跳動的電荷，相鄰電子自旋產生的磁矩之外，還有「電子強關聯局限」。電子強關聯局限是指：在高溫超導體結構的平面上，每一個結構單元最多只能有一個電子，如果電子要跳動，須視晶格上整體電子的分布情形而定，若是電洞數少就很難跳。倘若結構上發生些許改變，這些因素會使得能量相近的基態從一個基態轉變到另外一個。

總的來說，李定國博士團隊得到的，由金屬反鐵磁態、共存態及超導態 3 種不同基態形成的新相圖，仍待更多嚴格的驗證，然而它很可能就是描述超導機制的真正相圖。意思是說，物理界使用 20 多年的超導舊相圖，很可能不是超導相圖的本尊。相關研究內容發表在國際知名期刊《物理評論Ｂ》（Physical Review B）及《低溫物理》（Low Temperature Physics）上，日本團隊的研究內容發表在《物理評論通訊》（Physical Review Letters）上。

資料來源

《科學發展》2008年3月，423期，74頁

超導相圖(2) 高溫超導(7)

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