▲物理学家Arkady Shekhter
近日，美国佛罗里达州立大学国家高磁场实验室（MagLab）的科学家们发现了一种叫做铜酸盐的物质，这种物质的导电方式与铜等传统金属完全不同。该研究于8月2日发表在了《科学》杂志。
该铜酸盐是高温超导体（HTS），这意味着相较于低温超导体（LTS），它们可以在更高的温度下携带电流而不损失任何能量。尽管科学家们了解低温超导的物理原理，但他们还没有破解高温超导材料的核心原理。电子如何穿过这些材料仍然是这个领域最大的谜团。
在对一种特殊的铜酸镧锶氧化铜（LSCO）进行研究时，MagLab物理学家Arkady Shekhter带领的团队专注于其正常的金属状态——当温度降到足够低时，超导性最终会从这种状态中显现出来。这种铜酸盐正常的状态被称为“奇怪的”或“坏的”金属，部分原因是电子不能很好地导电。科学家们对传统金属的研究已经超过一个世纪，对电是如何通过金属的看法普遍一致。科学家把携带电荷通过这些金属的单位叫做“准粒子”，它们本质上是电子。
但是准粒子流是否也可以解释电流是如何在铜酸盐中流动的呢? 在新墨西哥州的MagLab国家实验室的脉冲场设施中，Shekhter和他的团队研究了这个问题。他们把LSCO放在一个非常高的磁场中，给它施加电流，然后测量其电阻。数据结果显示，与铜或涂层硅不同，电流实际上不能经由传统的准粒子传播，因此铜酸盐的正常金属状态完全“不正常”。
如果不是准粒子，那LSCO奇怪的金属相中的电荷是如何被携带的呢？数据表明，这可能是电子的某种团队行为。科学家们已经发现了LSCO的一个有趣的性质：在正常的导电状态下，它的电阻率随温度呈线性变化。换句话说，随着温度的升高，LSCO对电流的电阻按比例增大，这在传统金属中是不存在的。
Shekhter和他的同事决定用磁场而非温度作为参数测试LSCO的电阻率。他们将材料放入一个非常强大的磁铁中，并在高达80特斯拉的磁场中测量其电阻率。他们发现了电阻率呈线性变化的另一个现象：随着磁场强度的增加，LSCO的电阻率成比例地增加。
这一发现表明电子在物质中运动时似乎是相互配合的。一段时间以来，物理学家们一直相信HTS材料在超导阶段表现出一种“相关的电子行为”，尽管确切的机理尚不清楚。
这一新的证据表明，LSCO在其正常导电状态下也可能以其他方式携带电流。但科学家们还不确定具体是什么方式。
这项新研究提出了许多问题和一些诱人的想法，其中包括铜酸盐的电阻率的调节方式与传统观念大相径庭。这种现象确实“奇怪”，但作为“奇怪的金属”，科学家对它的期待怎么会少呢？
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编译：Coke 审稿：鹦鹉洲 责编：程建兰
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
原文链接：https://phys.org/news/2018-08-material-unique-behavior-current.html
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