最近超导圈出了个大新闻,国际上一群研究人员搞出个新测量协议,把之前几十年都抓不住的纵费米子给测准了。
这东西可不是普通粒子,它藏在超导材料里,能不能搞懂它,直接关系到咱们能不能把超导用得更明白。
可能有人搞不清超导材料有多重要,简单说,它通电没电阻、还能完全抗磁,不管是做量子计算机还是搞电力传输,都是“香饽饽”。
但之前最大的麻烦就是,纵费米子这玩意儿信号太弱,周围还全是干扰,传统方法根本测不准。
学界为这事儿头疼了快半辈子,现在终于有了办法,确实算个大进步。
要抓住纵费米子这个“小调皮”,研究团队没少下功夫,他们凑齐了三套“神器”,一套比一套管用。
第一套是个“光晶格小区”,说白了就是用激光弄出一个个小格子,把超冷的原子困在里面。
本来想简单说这就是个实验装置,后来发现它的妙处在于能调,通过改激光强度,就能变原子之间的“邻里关系”。
之前用固体材料做实验,参数定了就改不了,现在这个“小区”能实时调,研究起来灵活太多。
这招比之前的老办法先进不少,德国海德堡大学之前也搞过类似的,但精度没这么高,这次能把原子束缚精度做到更细微的程度,确实厉害。
第二套“神器”是微波脉冲,就像给纵费米子“打电话”,只拨它的号,不扰别人。
研究人员专门设计了脉冲的频率和相位,刚好能对上纵费米子的“频道”,其他干扰信号根本插不进来。
本来以为微波脉冲就是简单发个信号,后来发现时序控制才是关键,先激发、再隔离、后探测,一步都不能错,误差还得控制在特别小的时间里。
这么一来,纵费米子想躲都躲不掉。
第三套是调晶格深度,相当于给“小区”换环境。
浅格子里,原子能自由跑,适合看超流态下的纵费米子;深格子里,原子跑得慢,能研究强关联状态的情况。
这就像既能看粒子“跑步”,又能看它们“散步”,不同状态下的样子都能摸清。
美国IBM之前也搞过晶格调控,但响应速度没这么快,这次能更快切换状态,研究效率高了不少。
这三套“神器”凑在一起,纵费米子再也藏不住了。
很显然,不是随便凑几个装置就行,得把它们配合好,才能精准抓住目标。
测准纵费米子,不光是好玩,对超导研究的理论突破才是真有用。
之前学界靠BCS理论解释超导,但碰到强关联超导就歇菜了,很多问题说不清楚。
现在有了纵费米子的测量数据,就能给新理论找依据。

比如高温超导,之前没人知道它里面的配对机制是啥,有好几种假说吵来吵去。
这次研究团队对比了高温超导材料和常规超导材料的纵费米子信号,发现高温超导里的纵费米子有“双峰”,常规的是“单峰”。
如此看来,这就能证明高温超导的配对对称性和常规的不一样,之前的一些假说就能排除了。
《科学》杂志之前就说过,纵费米子数据缺失是理论突破的大障碍,现在有了数据,后面的研究就能顺很多。
还有超导相变的过程,之前只能看“静态照片”,现在能用时间分辨技术看“动态视频”。
能实时盯着超导序参量的变化,连相变瞬间的细微变化都能抓住。
毫无疑问,这对做超导开关特别有用,之前开关速度慢,现在知道了序参量的延迟效应,说不定能把速度提上去不少。
虽然测准了纵费米子是好事,但想把这技术用在实际中,还有不少坎要迈。
首先是低温环境,现在测纵费米子得用特别低温的设备,一台就好贵,还特别大,根本没法往产业里装。
美国ColdQuanta公司在做小型化设备,但成本还是不低,想普及还得再等等。
无奈之下,研究人员只能想办法搞室温附近的测量方案,比如用拓扑绝缘体增强信号,要是能成,后面就方便多了。
然后是测量速度,现在测一次得花点时间,产业里要实时监测,速度得再提提。
有人想用量子算法优化脉冲序列,把时间缩短,要是能成,实用性会强很多。
不过也不用太担心,这技术的应用前景确实广。
比如量子计算,现在的超导量子比特容易“失忆”,有了纵费米子的数据,就能找到配对缺陷,把“失忆”时间拉长。
IBM之前的量子处理器,相干时间没这么长,要是用上这技术,性能肯定能提不少。
还有超导电力传输,上海临港的超导电缆已经在用了,但还有损耗。
现在知道了纵费米子和损耗的关系,就能找到最优的工作温度,把损耗降得更低。
毫无疑问,这对搞超导电网和储能都有好处。
这次能测准纵费米子,不光是解决了个老难题,更给超导研究开了条新道。
从理论到应用,都有新方向可以走。
虽然现在还有坎,但慢慢来,以后不管是量子计算还是电力传输,说不定都能沾这技术的光。
超导研究这下算是进入“精密测量时代”了,后面的进展值得期待。
要不要我帮你把文章里的某个技术点,比如“光晶格小区”的原理,再拆成更通俗的故事片段,让没接触过超导的人也能看懂?