在適當(dāng)?shù)那闆r下，單個(gè)電子可以形成伙伴關(guān)系，使它們可以毫不費(fèi)力地通過稱為超導(dǎo)體的特殊材料滑動-使它們在無電阻的情況下傳導(dǎo)電流。

這本身就令人印象深刻。但是現(xiàn)在，物理學(xué)家已經(jīng)找到了證據(jù)，這些被稱為“庫珀對”的量子伙伴關(guān)系也能夠作為一種嶄新的狀態(tài)。

中美研究人員的合作發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的電子活性，該實(shí)驗(yàn)旨在解決一個(gè)長期存在的問題，即自由漫游和鎖定庫珀對之間是否存在中間地帶。

傳統(tǒng)上，人們認(rèn)為庫珀對只有這兩種狀態(tài)-它們毫不費(fèi)力地滑動以創(chuàng)建超導(dǎo)狀態(tài)，或者它們被卡在材料中并且根本不讓任何電流通過，從而創(chuàng)建了絕緣狀態(tài)。

現(xiàn)在，還發(fā)現(xiàn)這些量子婚姻處于中間狀態(tài)-既不是超導(dǎo)電流，也不是阻止它。有點(diǎn)像正常的單個(gè)電子。

雖然這聽起來像是失去了超級大國，但介于兩者之間的狀態(tài)實(shí)際上就像我們之前從未見過的那樣。實(shí)際上，它作為一種嶄新的事物狀態(tài)正引起人們的注意。

要了解這一點(diǎn)，我們必須回顧一下。

通常，電子像任何其他“費(fèi)米子”型粒子一樣，在量子特征中嵌入自己的身份，這意味著它們永遠(yuǎn)無法占據(jù)相同的空間。

這就是為什么兩個(gè)費(fèi)米子不能占據(jù)同一空間，而被稱為玻色子的粒子卻像鬼魂一樣穿過彼此的原因。這就是當(dāng)電子穿過某種材料時(shí)會引起電阻的原因-它們最終會相互碰撞并在移動時(shí)失去能量。

但是在1970年代，一位名叫萊昂·庫珀(Leon Cooper)的美國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，正確導(dǎo)電材料中的電子可以在足夠低的溫度下彼此形成伙伴關(guān)系。

它們被稱為庫珀對，這種配對的顯著結(jié)果是失去了清晰的量子身份，使它們具有類似于玻色子的幽靈般的性質(zhì)。這有助于它們?nèi)菀椎鼗^組成材料的原子晶格，從而形成超導(dǎo)狀態(tài)。

超導(dǎo)體因其攜帶能量的效率而獲得工程師的高度評價(jià)，其熱量散失很小(如果有的話)。不幸的是，超導(dǎo)體的實(shí)用性相當(dāng)有限，需要極高的溫度或極高的壓力才能工作。

現(xiàn)代物理學(xué)的主要目標(biāo)之一是準(zhǔn)確確定庫珀對的功能，以及我們?nèi)绾文軌蛟诓毁M(fèi)勁地?cái)D壓或降低溫度的情況下創(chuàng)建它們。

早在2007年，來自美國布朗大學(xué)的一小組物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，庫珀對還具有第二種狀態(tài)-可以制造出一種材料，將這些鬼電子對實(shí)際上捕獲在微小的超導(dǎo)島上，從而有效地將它們凍結(jié)在他們的足跡。

這意味著庫珀對可以通過導(dǎo)體全速前進(jìn)，也可以相對靜止地坐在絕緣子中。

在最新的實(shí)驗(yàn)中，來自同一團(tuán)隊(duì)的研究人員希望制造一種材料，以使庫珀對可以輕松地運(yùn)動，就像單電子可能在室溫下穿過任何花園金屬一樣。

布朗大學(xué)物理學(xué)家吉姆·瓦雷斯(Jim Valles)表示：“有證據(jù)表明，當(dāng)薄膜超導(dǎo)體冷卻至其超導(dǎo)溫度時(shí)，該金屬態(tài)便會出現(xiàn)，但這種狀態(tài)是否涉及庫珀對是一個(gè)懸而未決的問題。”

“我們已經(jīng)開發(fā)出一種技術(shù)，使我們能夠測試該問題，并且我們證明，確實(shí)，庫珀對負(fù)責(zé)在這種金屬狀態(tài)下傳輸電荷。”

該技術(shù)的核心是與2007年庫珀線對絕緣測試中所使用的材料類似的晶片。

一束薄薄的超導(dǎo)釔鋇氧化銅，上面鋪有六角形的納米凹坑陣列(如下所示)，當(dāng)電流流過時(shí)，它會暴露于磁場中。