當自由流動電子的密度在摻雜過程中被扭曲時，超導銅的正常狀態突然發生了改變。傳統金屬特有的粒子狀激發態隨著“奇異金屬”態的出現而消失。
萬事萬物都有自己的背景故事，高溫超導體也不例外。為了弄清楚高溫超導體的工作原理，研究人員需要深入瞭解其“正常”狀態。然而，即便高溫超導體處於正常狀態，它們的性質也可能是非常奇特的。
據美國“優睿科”網站12月3日報道，美國能源部SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的科學家們首次精確地探測了超導體電子的正常狀態，發現了電子行為的突然轉變：它們變得像一碗“電子湯”。相關研究成果發表於《科學》雜誌。
瑞士日內瓦大學研究員Dirk Van Der Marel評論說：“這種異常的正常態可能是高溫超導體超導特性的源泉。這項成果從本質上推翻了量子臨界點理論。量子臨界點理論曾引發了激烈的爭論，它被認為是超導性的基礎理論。新成果具有顛覆性意義，它解放了我們的思想。”
研究人員用角分辨光電發射光譜（ARPES）和同步輻射光源（SSRL）研究了銅酸鹽Bi2212的內部電子行為。他們認為，Bi2212表現出超導性時，電子克服了相互排斥作用，形成了“集合湯”。此時電子可以配對，並且能在不損耗任何能量的情況下通過障礙。
傳統超導體只能在超低溫下工作，它們的電子是獨立運動的。銅的情況就不同了，即使在正常的非超導狀態下，銅中的電子似乎也能相互識別，並集體行動，表現出“不連貫的奇異金屬”行為。斯坦福大學教授Zhi-Xun Shen說：“在某種程度上，你可以認為這些電子遭遇到了‘挫折’。它們失去了自己的個體特性，成為電子湯的一員。這是一種非常有趣的狀態，難以用理論的方式進行描述。”
論文作者、荷蘭萊頓大學的理論物理學家Jan Zaanen認為，他們的成果對研究高溫超導體工作原理的理論家們構成了挑戰。他說，目前的理論認為，由於Bi2212的性質在超低的超導溫度下是逐漸變化的，它在正常狀態的較高溫度下的性質也應該是逐漸變化的。然而，Bi2212在高溫下的性質變化是很突然的，這與理論預測背道而馳。
Zaanen說：“我們有理由相信，這種處於正常狀態的奇異金屬是一種密集糾纏的物質。糾纏是量子世界的重要特性，它無法由經典理論、傳統計算機或者數學知識描述。但是量子計算機或許能解決密集的糾纏態問題。我希望，超導體的特有‘正常態’問題能登上量子計算領域待解決問題清單的首位。”
期刊編號：0036-8075
原文鏈接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-12/dnal-ssl120319.php
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