一种解释超导体能够零电阻的超导新理论

筑波大学的研究人员介绍了一种新的高温超导理论模型,其中电流可以零电阻流动,这可能会导致极其高效的能量产生和传输。

筑波大学量子凝聚态物理系的一位科学家提出了一种新的超导理论。基于“Berry connection”的计算,该模型有助于比当前理论更好地解释新的实验结果。这项工作可能使未来的电网能够无损耗地传输能量。

一种解释超导体能够零电阻的超导新理论

超导体是一种零电阻的材料,在常温环境下看起来好像很不起眼,但当冷却到非常低的温度时,超导体就能够允许电流以零电阻流动。超导有几个明显的应用,例如无损能量传输,但该过程背后的物理原理仍不清楚。关于从正常到超导的转变的既定思考方式称为Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)理论。在这个模型中,只要热激发保持足够小,粒子就可以形成“库珀对”,它们一起行进并抵抗散射。然而,BCS模型并不能充分解释所有类型的超导体,这限制了我们创造出能够在室温下工作的超导体材料的能力。

现在,筑波大学的一位科学家提出了一种新的超导模型,可以更好地揭示物理原理。这个新理论没有关注带电粒子的配对,而是使用称为“Berry connection”的数学工具。该值计算电子行进的空间扭曲。“在标准的BCS理论中,超导性的起源是电子配对。在这个理论中,超电流被认为是成对电子的无耗散流动,而单个电子仍然会受到阻力,”作者小泉博泰教授说。

一种解释超导体能够零电阻的超导新理论

例如,当两个超导体层被由普通金属或绝缘体制成的薄屏障隔开时,就会形成约瑟夫森结。尽管广泛用于高精度磁场探测器和量子计算机,约瑟夫森结也不太适合内部BCS理论。“在新理论中,电子对的作用是稳定Berry连接,而不是自身成为超导性的原因,超电流是由于空间扭曲而产生的单个和成对电子的流动。由Berry连接引起的电子传播,”小泉教授说。因此,这项研究可能会导致量子计算和能量守恒的进步。

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