Science：不可思议！铜酸盐材料以前所未有的方式传输电流

      总部位于佛罗里达州立大学的国家高磁场实验室的科学家们发现了铜酸盐材料的一种行为，表明这种物质传输电流的方式与铜等传统金属完全不同

      今天发表于《科学》杂志上的这项研究为这些绰号“奇怪金属”的材料增添了新的含义。

      铜酸盐是高温超导体（HTS），这意味着它们可以在比传统的低温超导体（LTS）温度稍高的情况下承载电流而不会损失任何能量。虽然科学家们了解LTS的物理特性，但他们还没有破解HTS材料的难题：电子是如何穿过这些材料进行传播，仍然是该领域最大的谜团。

      对于他们研究的一种特殊的铜氧化物——镧锶氧化铜（LSCO），MaGlab物理学家ArkadyShekhter领导的小组专注于它的正常的金属状态——当温度足够低时，超导性最终会出现。铜的这种正常状态被称为“奇怪”或“坏”金属，部分原因是电子不能很好的导电。

      一个多世纪以来，科学家们一直在研究传统金属，并且普遍认同电流是如何通过电子进行传输的。他们把携带电荷的单位称为“准粒子”，这些元素在其环境中被分解后基本上是电子。这些准粒子在导体中彼此独立地携带电荷工作。

      但是，准粒子流是否也能够解释电流如何在铜酸盐中的传播？在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的国家MagLab脉冲场中，Shekhter和他的团队研究了这个问题。他们将LSCO置于一个非常强的磁场中，对其施加电流，然后测量其电阻。

      由此得到的数据显示，实际上，电流不能通过传统的准粒子传播，就像在铜或掺杂硅中一样。看起来，铜酸盐的正常金属状态似乎是正常的。

      Shekhter说：“这是金属可以导电的一种新方式，而不是一堆四处飞散的准粒子，这是迄今为止唯一被广泛理解和认同的言论，大多数金属都是这样的。”

      如果不是准粒子，那么在奇怪金属LSCO中的阶段，电荷是如何传输的呢？数据表明，这可能是电子的某种共同协作的结果。

      经过一段时间，科学家已经知道LSCO的一个有趣的行为：在其正常导电状态下，电阻率随温度线性变化。换句话说，随着温度的升高，LSCO对电流的阻力成比例地增加，而传统金属则不然。

      Shekhter和他的同事决定测试LSCO的电阻率，但是使用磁场作为参数而不是温度。他们将这种材料放入一个非常强大的磁铁上并测量了电阻率高达80特斯拉。（相比之下，医院的MRI磁铁产生约3特斯拉的磁场）。他们发现了另一种线性电阻率的例子：随着磁场强度的增加，LSCO的电阻率成比例的上升。

      Shekhter说，线性电阻场如此优美的反映出先前已知的LSCO的线性温度电阻率是非常显著的。

      他说：“通常当你看到这样的东西时，这意味着它背后是一个非常简单的原则。”

      这一发现表明，电子在穿过材料时似乎是协同作用的。一段时间以来，物理学家一直认为高温超导材料在超导相中表现出的这样一种“相关电子行为”，尽管尚未了解其精确的机理。

      这一新证据表明，处于正常导电状态的LSCO也可能使用非独立态的准粒子之外的其他物质来传输电流——尽管它也不是超导电性的。科学家还不确定那些“东西”是什么。找到答案可能需要一种看待这个问题全新的方式。

        “在这种情况下，是无法用现有的语言来描述，”Shekhter说，“我们需要找到一种新语言来思考这些材料。”

      这项新的研究提出了许多问题和一些诱人的想法，包括关于电阻率可以在铜酸盐中以完全不同的方式调节。在传统的金属中，Shekhter解释说，电阻率是可以通过多种方式进行调整——想象一组刻度盘，其中任何一个都可以调整该属性。
但是在铜酸盐中，Shekhter说：“只有一个刻度盘可以调节电阻率。温度和磁场都以自己的方式进入一个表盘。”

      这确实很奇怪。但是从奇怪的金属中，人们的期待会更多。

文章来自sciencedaily网站，原文题目为'Strange metals' just got strangerA material already known for its unique behavior is found to carry current in a way never before observed；，由材料科技在线汇总整理。