科学家用电流噪声破解高温超导之谜

困惑物理学界近四十年的高温超导之谜迎来关键进展。慕尼黑大学与乌得勒支大学的联合团队在《科学》杂志发表论文，通过“聆听”电流的微弱噪声，证实铜氧化物高温超导体中神秘的“赝能隙”正是电子配对的痕迹，而不是与超导无关的另一种电子秩序。

铜氧化物材料在二十世纪八十年代末被发现能在液氮温区以上实现零电阻超导，曾震动整个学界，但其机理至今没有公认解释。核心谜团是“赝能隙”：在材料进入超导态之前的温区，部分电子仿佛凭空消失。一种观点认为电子冻结成电荷密度波等静态图案，与超导各自为政；另一种观点认为消失的电子其实已经两两配对形成库珀对，只是尚未协同流动。

为了分辨两种图景，团队用扫描隧道显微镜测量 BSCCO 晶体中的散粒噪声——电流中电荷逐个到达时产生的微小涨落。成对电子到达时携带两倍电荷，产生的噪声更强，原理类似根据屋顶上的雨声判断雨滴大小。为了让仪器足够灵敏，团队花了约四年时间。结果显示，噪声恰好在各处赝能隙对应的能量位置抬升，且在不同样品、同一表面的不同位置上规律一致。

决定性的检验是磁场：当样品被置于最高 6 特斯拉的磁场中——磁场会拆散电子对——噪声随之回落到单电子水平，与“配对产生噪声”的预期完全吻合。研究测得的配对能量远高于材料实际的超导转变温度。论文作者之一斯瓦特解释说，图景是先有“预配对”，温度继续下降后相位相干才出现，也就是说瓶颈不在于让电子配对，而在于让电子对步调一致地流动。

另一位作者阿兰认为，配对能量如此之高，意味着临界温度或许还有上探空间：“这是铜氧化物研究早期人人期盼、如今大家都不敢提的事，但这让我看到了希望。”团队同时给过高的期待泼了冷水：不能就此断定室温超导近在眼前，材料中还有多种耦合效应；实验技术也难以测量超导温度以上的区间，且无法排除静态图案与配对交织并存的情形。

编译自 Ars Technica，原标题：“Physicists listened to electrical noise to crack a superconductor mystery”