http://www.physorg.com/news127056215.html
April 10, 2008
自從發現高溫超導體超過 20 年來，科學家都在爭論這種特異現象下的物理機制，那有潛力來澈底改革電力的分佈網路。
他們最後爭論到某種東西的起源，那被想像成一種微小的「黏膠」，使電子成對結合，因而它們能毫不費力地滑動，克服它們在典型金屬中正常的排斥作用。是材料晶格結構中的磁性或振動或某樣東西嗎？
藉由 Princeton（普林斯頓）大學在二年實驗中所產生的刺激結果，現在一群科學家表示，高溫超導體並非取決於使電子結合在一起的神奇黏膠。相反的，他們說，高溫超導體的祕密可能依靠電子在複雜情況下，利用其自然排斥作用的能力。
在 4/11 當期的 Science 上報告，這個團隊揭開在「電子成對時的行為」 -- 超導性的一種關鍵要求 -- 與「電子在遠高於（物質具超導電的）臨界溫度時，相互排斥」之間，意想不到的連結。他們的實驗證明，電子在彼此排斥時，展現出一種獨特行為，那真的很奇妙，標誌著它們特殊的天賦：當這些複合材料被冷卻至低溫後，在沒有阻礙的情況下成對並流動。
"很顯然，在某種情況下具最強排斥作用的電子，在另一方面卻是最見長於超導電，" Ali Yazdani 說，Princeton 物理學教授，同時也是本論文資深作者。"這違反直覺，不過事情就這麼發生。"
高溫超導體是陶質材料，能將電力引導至遙遠的距離而不會喪失任何能量。製造它們也相對便宜，並在許多科技領域中擁有龐大潛力。
超導性於 1911 年首次由荷蘭物理學家 Heike Kamerlingh Onnes 在水銀中觀察到。當他將材料冷卻至液態氦的溫度時（4 K），它的電阻突然消失了。晚幾年後科學家終於了解到，低溫超導性是種現象，那在電子與材料之晶格結構的振動產生交互作用並結合成對時發生，能夠穿越一個導體而不會被原子射散。
氧化銅，「高溫」超導體，自從它們在 1986 年被發現以來，即密集的被研究，比其他更早的材料在更高溫度下具超導電性 -- 高達 150 K -- 讓業界更關注它們。它們可以液態氮冷卻，那比液態氦便宜。但電子是否同那些低溫材料中的電子一樣，被束縛在這些材料中，讓科學家很納悶。
這個團隊與新結果證明，它們並非如此。
這些發現是致力於追蹤此微小「黏膠」物理性指標的成果，在低溫超導體的例子裡，已知會展現在超導電子之量子特性棘手的測量中。在 1960 年代，新澤西 Bell 實驗室的科學家進行這樣的實驗，在懷疑之外證明了晶格振動結合電子，為它們在低溫超導體中的流動鋪路。
直到現在，科學家都無法在高溫超導材料中重複 Bell 實驗室的實驗。此陶質導體，由五種以上不同的元素構成，尤其對此精確測量的準備構成挑戰。研究者已發現不可能在不破壞超導特性的情況下對最高品質的結晶體進行類似測量。 Princeton 藉由採用一種新穎策略以及利用一種特製的、具有獨特追蹤能力的 STM 獲得勝利。這種技術讓研究者能將視線固定在相同的原子上，這時電子在樣本中移動，從高溫下的彼此排斥到低溫時的成對前進。這種技術讓他們像旁觀者一樣，不會影響超導對的形成。
在發展出能以高精確度測量自然如何讓電子成對的能力後，該團隊看看這裡是否有其他類型的實驗性特徵，能賦予成對機制的線索。他們的顯微鏡賦予他們很大的優勢，那允許他們將電子在這些複雜材料中的量子行為給視覺化。令他們驚訝的是，他們發現其中電子在非常高溫下會顯現出強烈互相排斥跡象的樣本，在低溫下會形成最強結合的電子對。
在低溫超導材料中的電子在這種觀察下會出現相反的行為，其中電子--電子排斥作用無助於電子的成對與超導性。
他們發現當樣本加熱到非常高溫時，這時電子已不再成對，在較低溫度已成超導態的電子，在較溫暖的溫度下展現出獨特量子特性，這指出它們具有著魔般的超強斥力。
不同於在低溫超導體材料中所研究的電子，在高溫超導體中最有可能結合並毫不費力地流動的電子，是當環境無助於超導性時，最會排斥其他電子者。
雖然單單這些實驗也許不能終結 20 年來對於「什麼導致高溫超導性」的爭辯，他們至少是一群長期以來擁護電子--電子排斥作用在機制中之重要性並對其密切關注的人。"這點子是種金礦，我們才剛開始使利用，" Philip Anderson 說，Princeton 的榮退 Joseph Henry 物理教授，他在 1977 年贏得諾貝爾物理學獎，而且沒有涉及這項研究。
科學家希望這些發現能幫忙破解這個 20 年的謎團，也許還能促使新類型材料的發現，那能在更高的溫度下變成超導體。這樣的材料將使具有高效率電腦、磁浮列車與超高效率電力傳輸線的新電子世界的夢想更加實際。
※ 相關報導：
＊ Electronic Origin of the Inhomogeneous Pairing Interaction in the High-Tc Superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/320/5873/196
Abhay N. Pasupathy, Aakash Pushp, Kenjiro K. Gomes,＊ 超導『古柏對』也可以是絕緣體！
Colin V. Parker, Jinsheng Wen, Zhijun Xu, Genda Gu,
Shimpei Ono, Yoichi Ando, Ali Yazdani
Science 11 April 2008: Vol. 320. no. 5873, pp. 196 - 201
DOI: 10.1126/science.1154700
＊ 理解「超固體」的重大物理學突破
＊ 探索新超導體：無聲子的超導性
＊ 彼此疏遠的二原子在壓力下結合，或能形成超導體
＊ 科學家解決玻璃水之謎
＊ 典範失效？超導體與磁力間的新奇互動
＊ 研究：磁性在壓力下喪失
＊ 科學家獲得有磁性的金、銀、銅原子
＊ 3D 影像 -- 首度洞悉磁場
＊ 研究者大幅增加熱電效率
＊ IBM 推出新記憶體 10 年內終結硬碟
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中研院鐵基超導體 應用廣泛
◆ 高溫超導新材料 我獨步全球
李宗祐／台北報導 2008.09.11 中國時報
我國高溫超導體研究獲得重大突破！繼日本學者今年初研究發現「鐵基新超導體」後，中央研究院物理研究所長吳茂昆研究團隊發現結構更簡單、更容易製造、且安全無毒的「鐵基超導體」，雙雙推翻科學界認為鐵基化合物不可能成為高溫超導材料的概念。
吳茂昆解釋，高溫超導體自一九八六年被發現後，科學界普遍認為，銅氧化合物是形成高溫超導特性的必要條件，日本和我國先後發現鐵基化合物也具有高溫超導的特性後，證實高溫超導可能有多樣材料系統，形成超導的機制也可能具多樣性。
吳茂昆指出，日本研究團隊今年二月發現「鐵基新超導體」，是由鐵、砷及氧組成，「超導轉變溫度」（Ｔｃ，使材料電阻變成零的特定低溫）在絕對溫度（Ｋ）三十度左右，成為全球第一個含鐵合金出現超導特性的材料，引起全球矚目，Ｔｃ在半年內升高到六十Ｋ，成為全球最熱門的高溫超導材料。
但砷有劇毒，作為研究材料風險很高，限制了科學界深入了解其超導成因與機制。吳茂昆分析發現，許多稀土元素和過渡金屬化合物晶體結構與「鐵基新超導體」相近，其研究團隊篩選、分析上百個有類似結構的化合物，發現由鐵、硒組成的「鐵基超導體」在六Ｋ低溫時，出現超導特性。
吳茂昆說，研究團隊目前最高已能把「鐵基超導體」Ｔｃ提升到三十Ｋ，是全球首次發現不含砷、較無毒性的鐵基化合物高溫超導材料。該研究論文上周刊登在《美國國家科學院期刊》。
吳茂昆表示，希望把「鐵基超導體」Ｔｃ提升到七十Ｋ（五十Ｋ就可以做為應用材料），就可製作成超導線，應用在長距離無損耗的電力傳輸、高速磁浮列車、醫學高解析核磁共振顯像等高科技產品。
◆ 吳茂昆父子一起研究 親情升溫
李宗祐／台北報導 2008.09.11 中國時報
中研院物理研究所長吳茂昆在一九八七年與其指導教授朱經武共同發現釔鋇銅氧化合物，將「超導轉變溫度」提升到九十Ｋ（絕對溫度），使高溫超導應用出現突破性發展。此次吳茂昆發現全球第一個無毒的含鐵合金「鐵基超導體」，學術成就再度受到國際重視，對他而言，更有經驗傳承的歷史意義。
吳茂昆帶領的研究團隊成員還包括他的長子吳孟真，記者眼尖發現在《美國國家科學院期刊》發表的研究論文作者群中，有個名字非常熟悉，向他求證，他才說，「Pillip M.Wu是我的兒子。他在美國杜克大學物理研究所攻讀物理博士，這次很多實驗數據是他負責研究分析。」
吳茂昆笑說，他的英文比我好，論文也由兒子共同撰寫，並協助潤稿。
可望在明年順利取得博士學位的吳孟真表示，幾個月以前，父親透過電子郵件把實驗數據傳給他，請他幫忙分析並確認相關數據是否合理。
當時他覺得這個題目很有趣，利用暑假返台參與研究工作，並幫忙撰寫論文。
吳孟真強調，我爸從小就沒有給我什麼壓力，我自己喜歡什麼、就念什麼。預定下周返美的他說，「念物理也好，跟爸爸一起做研究也好，我都樂在其中。」
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