超导是一种电路失去电阻，在一定条件下变得极其有效的现象。有不同的方式可以实现这一点，而这些方式被认为是不相容的。现在科学家们首次在这两种实现超导的方法之间发现了一座桥梁，这一新知识可能会促使对这一现象的更全面理解，并有一天会应用到这一领域。众所周知，物质常见的有三种状态：固态、液态和气态，还有诶第四种状态叫做等离子态。
等离子体就像一种气体，它变得如此之热，所有的组成原子都分崩离析，留下了一堆超热的亚原子粒子。但在温度计的另一端有第五种物质状态，称为玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)。东京大学固态物理研究所的冈崎小三副教授说：玻色-爱因斯坦凝聚态是一种独特的物质状态，因为它不是由粒子构成的，而是由波构成的。当它们冷却到接近绝对零度时，某些材料的原子就会散落在太空中。这种涂抹会增加，直到原子（现在更像波而不是粒子）重叠，彼此变得难以区分。
由此产生的物质表现得就像是一个单一实体，具有之前的固态、液态或气态所缺乏的新性质，比如超导。直到目前，超导玻色-爱因斯坦凝聚体还只是理论上的，但科学家现在已经在实验室里用一种基于铁和硒（一种非金属元素）的新型材料证明了这一点。这是玻色-爱因斯坦凝聚态第一次被实验证实是作为超导体是可行的；然而，物质的其他表现形式或状态也可以引起超导。Bardeen-Cooper-Shrieffer(BCS)体系是一种物质“安排”，当冷却到接近绝对零度时，组成原子减速并排列成一条直线，这使得电子更容易通过。
这有效地将这类材料的电阻降为零，BCS和玻色-爱因斯坦凝聚态都需要超低温条件，而且都涉及到原子的减速。但在其他方面，这些制度截然不同。很长一段时间以来，研究人员一直认为，如果能够发现这些机制在某种程度上重叠，就可以对超导有更普遍的理解。东京大学固态物理研究所的冈崎小三副教授说：展示玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC）的超导电性是达到目的的一种手段，我们真希望探索BEC和BCS之间的重叠。
这极具挑战性，但应用独特的观测仪器和方法已经证实了这一点：这些机制之间存在平稳过渡。这暗示了超导背后更普遍的潜在理论，现在是从事这一领域工作令人兴奋的时刻。冈崎和及其研究团队使用基于超低温和高能量分辨率的激光光电子能谱方法，观察了一种材料从BCS到玻色-爱因斯坦凝聚态转变过程中电子的行为方式。电子在这两个区域中的行为不同，它们之间的变化，有助于填补超导更大图景中的一些空白。
然而，超导不仅仅是实验室里的奇闻异事；像电磁铁这样的超导设备已经在应用中使用了，世界上最大的粒子加速器大型强子对撞机就是这样一个例子。然而，如上所述，这些设备需要超低温，这阻止了我们可能每天都会看到的超导设备发展。因此，人们对寻找在更高温度下形成超导体的方法非常感兴趣也就不足为奇了，也许有一天甚至会在室温下形成超导体。有了超导玻色-爱因斯坦凝聚态的确凿证据，这将促使其他研究人员探索越来越高温度下的超导。
博科园｜研究/来自：东京大学
参考期刊《科学进展》
DOI: 10.1126/sciadv.abb9052
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