屋顶上的雨滴技术揭示了新的量子液体

　　柯恩Bastiaans。来源：莱顿大学
　　科恩巴斯蒂安斯和他的同事们发现了一种前所未有的新型量子液体。他们使用了一种可以与听雨滴落在屋顶上的声音相媲美的技术。
　　也许你还记得那些老式的灯泡；它们发出舒适的光芒，它们很热，现在它们会大大增加你的电费。为什么？它们是由电阻很大的材料制成的。所有的材料都有一定的导电电阻。
　　所有材料？是的，除了一种叫做超导体的特殊材料。当它们被冷却到一定（极低）温度以下时，它们可以毫无阻力地传输电力。它们是如何工作的一直是物理学的谜团之一。
　　教科书的理论
　　有一种理论可以解释为什么一些材料会变得超导：一旦冷却到它们的过渡温度以下，材料中的电子成对形成库珀对。然后，这些库珀对凝聚成一种量子液体，毫不费力地流动，没有阻力，导致超导性。
　　到目前为止，物理学家认为库柏对的形成和凝结成无阻力状态是一个同时发生的联合过程。这是我们在教科书中都学过的，该研究的主要作者、物理学家科恩巴斯蒂安斯说。
　　神秘的量子液体
　　这里有一个大惊喜：巴斯蒂安和他的同事们发现，库珀对在超导体转变温度以上仍然存在，形成了一种新的神秘的量子液体状态。巴斯蒂安斯说：这意味着库珀对的形成过程与冷凝本身不同。对我来说，这完全改变了我对超导性的看法。
　　与代尔夫特理工大学和空间研究所SRON密切合作开始了研究，重点是超导体TiN（氮化钛），它也用于空间研究的非常灵敏的光学探测器。
　　雨点落在屋顶上
　　为了探测库珀对，莱顿小组正在开创一种技术，使他们能够听超导体中的电子。当它们是单电子时，噪声分布与电子形成库珀对时不同。这有点像听雨点落在屋顶上，巴斯蒂安斯在早些时候的视频中解释道。当雨滴变大时，雨声也变了。
　　研究人员测量了超导TiN中的噪声，这清楚地表明，在低温下，这种材料是由库珀对构成的。
　　TiN的STM图像。来源：KoenBastiaans等人，《科学2021》
　　最好的还在后面
　　当他们把温度提高到2。95开尔文（273摄氏度以上2。95度）以上时，超导性就像预期的那样消失了。但是库珀对会一直存在直到温度达到7。2开氏度。所以你可以在没有凝结和超导的情况下得到库珀对，巴斯蒂安斯说。有迹象表明这是可能的，但从来没有确凿的证据。这意味着我们实际上发现了一种新的量子液体：一种电阻性物质，但完全由库珀对组成。
　　这一发现发表在《科学》杂志上，为寻求理解超导性的物理学家提供了新的见解。这表明，形成库珀对和冷凝并不一定是一个相同的过程。
　　这很有趣，巴斯蒂安斯说，他现在是代尔夫特理工大学的博士后，最重要的测量是在我在莱顿进行博士答辩的前一天晚上开始的。在答辩期间，我的论文指导老师说，最好的还在后面。这一点他当然是对的。