声学等离子体是一种集体电子激发,一些理论假设声学等离子体在调节高温超导性方面发挥重要作用。2018年11月5日,研究团队利用欧洲同步辐射光源(ESRF)证实在层状氧化铜超导体中存在声学等离子体。
当电流通过导电材料传导时,由于导体电阻的存在,能量会发生消散。然而,在超导体中,如果材料被冷却到极低温度时,电阻就可以完全消失。这种无损耗的超级电流对于众多电子和技术应用而言是非常需要的,催生了数十年来对在高温下具有超导特性的材料的密集研究。
在20世纪80年代以前,所有被报道的超导材料都必须被冷却到30K以下,但随着1986年第一个基于氧化铜材料的超导体被发现,情况也发生了变化。有一些超导体在100K以上表现出了零电阻的特征,这些高温超导体由堆叠的铜-氧平面层组成。通过对铜氧化物消除超导性的机制的理解,科学界希望设计出即使在室温下也能显示零电阻的新材料。但是,对这些机制的全面了解仍然难以捉摸。尽管如此,超导体如今已经应用于一些技术应用中,例如医学领域中的磁共振成像设备。室温超导体的未来应用可以彻底改变电力存储和传输领域,并通过磁悬浮列车实现快速公共交通。
来自意大利米兰理工大学、宾厄姆顿大学(美国)、SLAC国家加速器实验室(美国)、马里兰大学(美国)和ESRF的研究团队利用欧洲同步辐射光源ID32光束线站,对电子型掺杂铜氧化物高温超导体开展了一系列共振非弹性X射线散射(RIXS)实验,通过ID32偏振分析仪分离共振非弹性X射线散射光谱中的磁和电荷,首次探索到声学等离子体谱带。
长期以来,研究人员只是在理论假设上将声学等离子体与增强的超导转变温度相联系,此次的实验表明存储在铜—氧平面之间的库仑能量在高温超导体相变中发挥着特定作用,层状结构本身会以非常微妙的方式影响电子的行为,这是不容忽视的。