科學家解謎銅氧化物高溫超導體量子機制
銅氧化物是一種在常壓環境下超導臨界溫度高達 140K 的超導材料，但其中機制如何運作？這促使全球超導科學家投入研究。維也納工業大學物理學教授 Neven Barišić 團隊現在提出一系列非凡的新見解，也許能深刻改變我們對高溫超導材料的認知。
每個電子設備都存在電阻，但偏偏科學家發現了一種恰好可以零電阻傳導電流的材料，稱為超導體（superconductor），其兩個最重要的特性，是在特定溫度下呈現「零電阻」與「完全抗磁性」，而超導體電阻轉變為零時的溫度稱為「超導臨界溫度」，可依此再將材料分為低溫超導體和高溫超導體。
科學家下一步偉大科學突破，就是找出令人震驚無比的高溫超導材料，它們將帶來廣泛全新應用，包括磁浮列車、醫學成像技術等。
高溫超導體（High-temperature superconductors）也被稱做銅氧化物（cuprate）超導體，最早由瑞士物理學家卡爾·米勒、德國物理學家約翰內斯·貝德諾爾茨於實驗中發現；1987 年，台灣物理學家吳茂昆、朱經武發現釔鋇銅氧（YBCO）超導體（YBa2Cu3O7-δ Tc~92K），將超導臨界溫度提高到 90K 以上，不只突破過去液氮的 77K 溫度壁壘，也突破了自 1911 年後 70 多年的物理學研究瓶頸，一舉劃出低溫超導體與高溫超導體分水嶺。
但科學家真正的研究挑戰，是了解高溫超導體內部量子效應。
現在維也納工業大學物理學教授 Neven Barišić 團隊證明，銅氧化物中存有 2 種根本性質完全不同的載子（charge carrier），超導特性就取決於兩者之間微妙的相互作用：一種載子坐鎮在原子特定位置，只有當材料被加熱時才能移開；而另一種載子可以自由移動，從這個原子跳到另一個原子上，後者最終帶出超導特性。
Neven Barišić 解釋，固定載子與移動載子控制著材料系統，前者儼然充當「膠水」，將移動載子結合成庫柏對（Cooper pair），一旦配對，載子就會變成超導狀態，讓材料可以零電阻傳輸電流。
移動載子與固定載子必須有微妙的平衡，任何一方太少都無法順利配對，也就無法帶出超導特性。該團隊提出了銅氧化物逐步出現的現象，為尋找新超導體提供了新方向。新論文發表在《科學前緣》（Science Advances）期刊。
（首圖來源：維也納工業大學）