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January 8, 2010
(PhysOrg.com) -- 針對最近所發現之鐵基類超導體的新實驗指出，其電子能在無電阻的情況下導電與這些電子的磁力特性有直接關連。
這些實驗的結果刊在 1/8 當期的 Physical Review Letters 上。這些測試，那由美國與中國的物理學家團隊所完成，闡明了高溫超導電性的基礎本質， Rice 物理學家 Qimiao Si 表示，這項研究的共同作者。
若有更好的理解，高溫超導體能用來革新發電機、MRI 掃描器、高速列車與其他裝置。
在這項研究中，來自 Rice 大學、Tennessee 大學、ORNL 與北京的中國科學院物理研究所及人民大學的科學家們檢驗數種鐵砷化合物。這些是「氮族化合物（pnictides，發音 NICK-tides，這類材料在 2008 年被發現能成為高溫超導體）」未經「摻雜」的親代。
這些實驗準備要測試理論上的預測，那由 Si 等人於去年（2009）三月發表在 PNAS 上。他們預測，在親代化合物中，尺寸不同的相同原子能使物理學家調整材料的量子波動（quantum fluctuations）。這些波動類型能創造出所謂的磁性「量子臨界點」這樣的轉捩點。當某種材料處於「從某種量子相轉變到另一種量子相的尖端」時，即存在此狀態。
利用位於 NIST 與 ORNL 的中子散射設備，該團隊利用中子轟炸材料以便破解它們的結構以及磁力特性。這些試驗（那支持 Si 的理論性預測）測定，當砷原子被稍微小一點的磷原子所取代時，這些材料中的「磁有序（magnetic order）」強度會減少。
"我們發現第一個直接證據：磁性量子臨界點存在於這些材料中，" Si 表示。
這些結果在 Nanlin Wang（一位來自中科院物理研究所的物理學家）以及他的研究小組的努力下得以成為可能。他們創造出一系列樣本，有不同數量的砷被磷所取代。
1986 在銅氧陶瓷中發現的高溫超導電性導致物理學家領悟到，電子材料中的量子效應比所預期的還要更加複雜。這些效應之一是量子臨界性（quantum criticality）。當材料經歷相變化時，臨界性會出現在轉戾點附近。許多相變 -- 例如冰融化成水 -- 因熱波動而出現。但量子臨界性以及量子相變僅僅自量子波動產生。
"我們發現在鐵氮族化合物中的量子臨界點此種重要材料類型的研究開闢了新途徑，" Tennessee 大學、ORNL 物理學家 Pengcheng Dai 表示，一位中子散射專家。
Si 表示，"來自這項研究的證據支持這項假說：鐵氮族化合物中的高溫超導電性源自於電子的磁性。這應與傳統的低溫超導電性形成對比，那起因於離子的振動。"
※ 相關報導：
＊ Lattice Distortion and Magnetic Quantum Phase Transition in CeFeAs1-xPxO
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.104.017204
Clarina de la Cruz, W. Z. Hu, Shiliang Li, Q. Huang,＊ 探索新超導體：無聲子的超導性
J. W. Lynn, M. A. Green, G. F. Chen, N. L. Wang, H. A. Mook,
Qimiao Si, and Pengcheng Dai
Phys. Rev. Lett. 104, 017204 (2010) [4 pages]
doi: 10.1103/PhysRevLett.104.017204
＊ 物理學家提供鐵氮族化合物的新理論
＊ 新鐵砷化合物中的非傳統超導性
＊ 研究者探索鐵超導體的磁性
＊ 科學家在鐵基超導體的親代中發現「電子液晶態」
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