超導是由稱(chēng)為庫珀對的特殊連接的電子對引起的。到目前為止，庫珀對的出現已被宏觀(guān)地間接測量，但芬蘭阿爾托大學(xué)和美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室研究人員開(kāi)發(fā)的一項新技術(shù)能以原子精度檢測它們的出現。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《納米快報》雜志上。
超導體和尖銳金屬尖端原子之間的安德烈夫反射示意圖。
電子可通過(guò)量子隧道穿越能壘，以經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的方式通過(guò)空間，從一個(gè)系統跳到另一個(gè)系統。例如，如果一個(gè)電子在金屬和超導體相遇的點(diǎn)與另一個(gè)電子配對，它可形成進(jìn)入超導體的庫珀對，同時(shí)在一個(gè)稱(chēng)為安德烈夫的過(guò)程中將另一種粒子“反沖”到金屬中反射。
研究人員通過(guò)尋找這些安德烈夫反射來(lái)檢測庫珀對。為此，他們測量了原子級尖銳金屬尖端和超導體之間的電流，以及電流與尖端和超導體之間分離的關(guān)系。這使他們能檢測返回到超導體的安德烈夫反射量，同時(shí)保持與單個(gè)原子相當的成像分辨率。實(shí)驗結果完全符合理論模型。
這種在原子尺度上對庫珀對的實(shí)驗檢測，為理解量子材料提供了一種全新的方法。研究人員第一次可獨特地確定庫珀對的波函數如何在原子尺度上重建，以及它們如何與原子尺度的雜質(zhì)和其他障礙物相互作用。
這將使研究人員能解決量子材料中的各種開(kāi)放問(wèn)題。其中，“非常規超導體”是量子計算機的潛在基礎構件，可提供在室溫下實(shí)現超導的平臺，而庫珀對在“非常規超導體”中具有獨特的內部結構。
新發(fā)現允許研究人員直接探測“非常規超導體”中庫珀對的狀態(tài)。它代表對量子材料的理解向前邁出重要一步，并有助于推動(dòng)量子技術(shù)的開(kāi)發(fā)。