我们许多人都知道，能量体现为为某一个物理系统对其他的物理系统做功的能力。在能量产生和传输过程中总是会损失能量。比如每年在电力传输、发动机运转和机械设备中都会损失无数的能量。因此，科学家们历来都在渴望与寻求，如何以最小的损失来产生和移动能量，或找到更有效的替代方法，尤其是在当代对于人类生态环境具有非常重要的意义。
现在，芝加哥大学的三位科学家通过理论计算，找到一种方法可以制造出能以100％的效率同时传导电力和能量的材料，而不会因热量或摩擦而损失任何能量。该突破性研究刊登在最近的《物理评论》上。
在此研究中，科学家们提出了一种全新的物质框架来达到这一目标。他们是如何提出这一全新物质框架的呢？这一全新物质框架是什么呢？
我们已经知道，超导体是一种可以永久导电，几乎零损耗的材料，对超导体的认知已经有一个多世纪的历史了。但是直到最近几年，科学家们才设法在实验室中制造出一种类似的材料，该材料可以几乎零损耗地传导能量，称为激子凝聚物（excitoncondensate）。
激子是固体中的一种基本的元激发，是在半导体和绝缘体中形成。凝聚态，指由大量粒子组成并且粒子间有很强相互作用的系统。
超导体和激子凝聚物都是难以制造和保持运转的棘手材料，部分原因是科学家们目前并不完全了解它们的工作原理，而且其背后的理论还不完善。但是，确实知道，超导体和激子凝聚物这两者都涉及到量子物理的作用。
所以，研究人员大胆猜想，可否将超导态和激子冷凝态这两种不同状态用在同一种材料上。该研究小组是专门研究通过计算来探索材料和化学物质的特性和结构的，因此，他们开始将不同的组合，模拟到计算机模型中。他们仔细研究了许多可能性，令他们惊讶的是，在某一区域中确实发现了这两个状态可以同时地存在。
研究发现，这两种状态之所以可以同时存在，是因为在正确的配置下这两种状态实际上是纠缠在一起的，这是一种量子现象，使得其中系统变得无形地连接在一起。
在此以前，业界普遍认为，这两种状态是独立存在、两者无关的。这一研究成果挑战了这一传统基本观念，从而将开辟一个激子和费米子对的双凝聚物的新领域。
通过利用先进的数学方法，研究团队证明了，由于量子纠缠，理论上即使在人眼可见的宏观尺寸下，这种双凝聚物也应存在。这意味着这种双凝聚物可以实现新型的材料，例如双层超导体。目前科学家们正在与实验小组合作，以探查是否可以在真实材料中实现理论预测。
如此将超导性和激子冷凝物结合在一起全新的物质框架理论，将可以制造出能以100％的效率同时传导电力和能量的材料，而不会因热量或摩擦而损失任何能量。研究人员表示：“能够将超导性和激子冷凝物结合在一起，这将对于电子、自旋电子学、量子计算等许多应用领域而言，都将是惊人的。”
参考：LeeAnn M. Sager et al, Potential coexistence of exciton and fermion-pair condensations, Physical Review B (2020).
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