迄今为止，超导材料的历史有两种类型:横波和d波。
现在，由布拉德·拉姆肖领导的康奈尔大学的研究人员，Dick &艺术与科学学院的助理教授Dale Reis Johnson -已经发现了第三种可能的类型:g波。
他们的论文“Sr2RuO4中双组分超导序参量的热力学证据”发表在9月21日的《自然物理》上。第一作者是博士生Sayak Ghosh, 19岁硕士。
这张图显示了在1.4开尔文(零下457华氏度)下，当材料通过超导转变冷却时，钌酸锶的晶格对通过共振超声光谱发出的各种声波的响应。突出的变形表明，该材料可能是一种新型超导体。
超导体中的电子以库珀对的形式一起运动。这种“配对”赋予了超导体最著名的特性——无电阻——因为为了产生电阻，库珀对必须被分解，而这需要能量。
在横波超导体中——通常是常规材料，如铅、锡和汞——库珀对是由一个向上的电子和一个向下的电子组成的，两者都是向前移动，没有净角动量。近几十年来，一种新的奇异材料展示了所谓的d波超导性，即库珀对有两个角动量量子。
物理学家已经理论化了存在于这两种所谓的“单线态”之间的第三种超导体:p波超导体，它有一个角动量量子数，电子与平行而非反平行自旋配对。这种自旋三态超导体将是量子计算的重大突破，因为它可以用来制造马约拉纳费米子，一种独特的粒子，它自己的反粒子。
20多年来，尽管最近的研究已经开始在这个想法上发现漏洞，但p波超导体的主要候选者之一是钌酸锶(Sr2RuO4 -)。
拉姆肖和他的团队开始一劳永逸地确定钌酸锶是否是一种备受期待的纵波超导体。利用高分辨率共振超声光谱学，他们发现这种材料可能是一种全新的超导体:g波。
拉姆肖说:“这个实验确实展示了这种新型超导体的可能性，这是我们以前从未想过的。”“这真的开启了超导体是什么以及它如何表现自己的可能性空间。”如果我们想掌握控制超导体的方法，并在技术上使用它们，就像我们用半导体所做的那样进行微调控制，我们真的想知道它们是如何工作的，以及它们的种类和口味。”
和之前的项目一样，拉姆肖和高希使用共振超声光谱技术研究了由德国马克斯普朗克固体化学物理研究所的合作者培育和精确切割的钌酸锶晶体中超导性的对称性。
然而，与之前的尝试不同，拉姆肖和高希在进行实验时遇到了一个严重的问题。
“将共振超声冷却到1开尔文(零下457.87华氏度)是困难的，我们必须建立一个全新的设备来实现这一点，”高希说。
用他们的新装置，康奈尔大学的研究小组测量了当材料在1.4开尔文(零下457华氏度)通过超导转变冷却时，晶体的弹性常数——本质上是材料中的声速——对各种声波的响应。
拉姆肖说:“这是迄今为止在这种低温下所获得的最精确的共振超声光谱数据。”
基于这些数据，他们确定了钌酸锶是所谓的双组分超导体，这意味着电子结合的方式非常复杂，不能用一个数字来描述;它也需要一个方向。
以往的研究利用核磁共振(NMR)谱来缩小钌酸锶可能是哪种波材料的可能性，有效地消除了p波的选择。
通过确定这种材料是双组分，拉姆肖的团队不仅证实了这些发现，而且还表明钌酸锶也不是传统的s波或d波超导体。
“共振超声真的可以让你进入，即使你不能确定所有的微观细节，你可以作出广泛的声明，哪些被排除，”拉姆肖说。“所以这些实验唯一一致的东西就是这些以前没有人见过的非常非常奇怪的东西。其中一个是g波，也就是角动量为4。甚至没有人想过会有g波超导体。”
现在，研究人员可以利用这项技术来检测其他材料，以确定它们是否是潜在的纵波候选者。
然而，对钌酸锶的研究还没有完成。
Ramshaw说:“这种材料在很多不同的背景下都得到了很好的研究，不仅仅是因为它的超导性。”“我们知道它是什么金属，为什么是金属，当你改变温度时它会如何变化，当你改变磁场时它会如何变化。所以你应该能够建立一个理论，解释为什么这里的超导性比其他任何地方都好。”
合著者包括马克斯·普朗克固体化学物理研究所的研究人员;佛罗里达州立大学国家高磁场实验室;以及位于日本筑波的国家材料科学研究所。
康奈尔大学的研究是由美国能源部的基础能源科学办公室和康奈尔材料研究中心资助的，该中心是由国家科学基金会的材料研究科学和工程中心项目资助的。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：http://news.cornell.edu/stories/2020/09/researchers-identify-new-type-superconductor