科学家突破超导速度极限 直击库珀对拆对瞬间

超导体能零电阻输电，却出了名的"娇气"：温度、电流或磁场稍稍越界，超导态就会消失。据Interesting Engineering与ScienceAlert报道，一项由德国马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所（MPSD）牵头、上海微系统与信息技术研究所、苏黎世联邦理工和牛津大学参与的研究，找到了直击超导最底层极限的办法，论文已发表于《自然·物理学》。

最难测量的是所谓"拆对极限"（depairing limit）：超导电性的根源是成对运动的电子——库珀对，一旦电流强到把库珀对撕开，超导会在十亿分之一秒内瞬间消失。这个时间尺度比许多测量过程还快，传统直流测量根本来不及看清，因为II类超导体里还有另一重干扰：其内部磁场以"量子涡旋"的形式存在，电流过强会甩动涡旋、产生电阻和热量，先一步终结超导。涡旋的运动速度约为每秒数十公里。

研究团队的策略简单粗暴：跑赢涡旋。他们搭建了一套光电电路，将仅持续300飞秒的绿色激光脉冲打在一个开关上，转换成只持续皮秒级的电流脉冲——比涡旋动态快出多个数量级，赶在涡旋制造电阻之前把电流送进材料。MPSD的艾瑞因·王是论文第一作者，他指出："我们的策略就是跑赢涡旋动力学。"

团队比较了两种能隙对称性不同的超导材料：氮化铌（NbN，s波能隙，各方向能隙一致）和钇钡铜氧（YBCO）家族材料（d波能隙，能隙随方向明显变化、甚至在某些方向消失）。结果差异鲜明：NbN在电流达到阈值前始终保持超导——而且这个阈值远高于直流测量的常规值——随后库珀对瞬间散开、超导骤停；YBCO则是超导性逐渐减弱、缓慢失超。

MPSD凝聚态动力学组长卡瓦列里表示，这一结果表明皮秒输运可以探测到常规直流手段无法直接获得的微观性质，比如能隙对称性，为检验各类超导材料的关键特性提供了新框架。未参与该研究的中南大学物理学者孟建桥评论称，超快电流脉冲有望成为获取超导本征性质的有力新工具。对正在冲刺更强超导材料的领域而言，这相当于第一次看清了"红线"长什么样。

编译自 Interesting Engineering，原标题："Scientists smash speed limit in superconductors, probe Cooper pairs"