姚星灿、陈宇翱在中国科技大学实验室进行科研。央视新闻 图
为什么会出现高温超导？这是物理研究的一个主要课题。最近，中国科技大学潘建伟、姚兴灿、陈宇飞等人首次观察到多体配对产生的假能间隙，向了解高温超导机制迈出了重要一步。2月8日，国际学术期刊《自然》发表了这项研究成果。
1911年，荷兰物理学家卡末林·昂内斯发现，当温度下降到零下277摄氏度时，汞金属的电阻降至零，这就是超导现象。如果能开发出室温下电阻为零的“超导体”，就能显著改善人类的生产生活。
100多年来，国际科学界一直在推动对超导机制的研究。1957年提出的BCS理论在微观层面上成功解释了超导现象的“原因”，三位提出理论的科学家获得诺贝尔奖。
中国科技大学教授姚星灿说：“漫画家华军武先生曾经画过一幅画，生动地解释了为什么超导发生在低温下。”。如果把电子比作只有一只翅膀的蜜蜂，它们就无法克服室温下的阻力，但在超导的临界温度下，它们都会“结对”，有两只翅膀，成群结队地朝一个方向飞行，形成电流而不受阻力。这就是低温超导现象。
然而，在1986年，一些科学家发现了一种新材料，它可以在零下238摄氏度左右产生超导效应，这使得BCS理论难以解释。科学界认为，这种材料中的电子也会在超导温度上“匹配”，但它会“飞行”，电子流量仍然受阻。
BCS理论认为，这种“配对有序飞行”会产生能量间隙。电子预配对假设认为，“配对但随机飞行”会产生假能量间隙。研究假能量间隙的起源和性质已成为了解高温超导机制的关键问题之一。
经过四年多的艰苦研究，潘建伟的团队最近在研究假能量间隙方面取得了重要进展。他们通过世界先进的均匀费米气体制备和大磁场稳定技术，建立了超冷锂原子量子模拟平台，成功实现了超冷原子动量可分辨的微波谱学技术。在此基础上，系统测量了不同温度下的单粒子谱函数，首次成功观测到假能量间隙的存在，为电子预配对假说提供了支持。
“这项工作解决了一个长期存在的重要物理问题，是量子模拟研究的里程碑。”
据研究人员介绍，人类利用超导技术开发了核磁共振、磁悬浮列车等产品，充分了解了未来高温超导机制，预计将开发更有价值的应用。