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超導相圖 誰是本尊

 
 
 
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。
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