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科學家證明玻色-愛因斯坦凝態具有超導性
玻色-愛因斯坦凝態是物質的一種狀態﹐可以從宏觀尺度觀察到量子現象﹐而最近來自日本東京大學的工程師們﹐首次成功利用玻色愛因斯坦凝態創造出一種超導體。
一般人對物質最耳熟能詳的三態就是固態﹑液態﹑氣態﹐然而在自然界中乃至整個宇宙﹐其實物質最常見的狀態是第四態「電漿態」﹐比如閃電﹑極光﹑太陽﹑恆星等﹐這種狀態為高溫之下出現的高度離化氣體﹐彼此之間吸力為離子力。而在電漿態之外﹐其實還有一種物質狀態稱為玻色-愛因斯坦凝態(Bose-Einstein condensate﹐BEC)﹐這是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度時﹐所呈現出一種獨特﹑氣態﹑超流性的物質狀態﹐有時也被稱為物質第五態﹐它不是由粒子構成﹐而是由波構成。
過去實驗表明玻色-愛因斯坦凝態可以在宏觀尺度上觀察到量子現象﹐但礙於地球上實驗的玻色-愛因斯坦凝態容易受地心引力影響而轉瞬即逝﹐科學家正在把玻色-愛因斯坦凝態實驗搬到國際太空站上。而最近﹐東京大學團隊透過基於鐵和硒(一種非金屬元素)的新型材料製造玻色-愛因斯坦凝態時﹐首度顯出超導性﹐這在過去實驗從未得到證實。
團隊想理解的問題還包含另一理論。1957年﹐科學家巴丁﹑庫珀和施里弗提出BCS理論(Bardeen-Cooper-Schrieffer)﹐把超導現象看作一種宏觀量子效應﹐提出金屬中自旋和動量相反的電子可以配對形成「庫珀對」﹐使之在晶格中無損耗運動﹐形成超導電流﹐然而BCS理論與玻色-愛因斯坦凝態雖然都涉及原子減速﹐還是有些機制不盡相同﹐研究人員想知道兩者機制在某種程度上是否重疊﹐與超導現象關聯性又有多高。
透過獨特的觀測儀器和方法﹐團隊幸運地觀察到材料從BCS過渡到BEC期間電子的行為相當平穩﹐似乎能幫助帶出超導現象背後的基礎理論。
雖然該發現目前對一般大眾還沒有任何直接應用﹐但增進對玻色-愛因斯坦凝態超導現象的理解﹐可幫助其他研究人員探索室溫超導﹐反過來可能導致更快﹑更高效的電子產品問世。
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