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▲YPtBi晶体中出现的高自旋对可产生非常规超导电性。
电流通过电线时，电子偶尔会与材料的原子产生碰撞，并产生能量。在特定条件下，当电子可以在导体中畅行无阻时，就会产生超导现象。据4月6日的《科学进展》报道，马里兰大学物理系的研究人员发现了一种由高度异常的电子相互作用导致的奇特超导性。
超导体中电子的相互作用是由自旋决定的。在普通超导体中，电子（自旋1/2）在原子结构振动的协助下配对，并自由流动。这一理论已经被证实是可以应用于绝大多数超导体的。但在最新研究中，马里兰大学的研究人员在YPtBi中发现了一种源于粒子3/2自旋的新超导性。马里兰大学教授、论文资深作者Johnpierre Paglione解释说，学界曾认为高自旋态或可存在于单个原子中，而在汇聚了大量原子的固体中则不太可能。
现在，YPtBi是超导体的结论令研究人员们大吃一惊——依据常规理论，在0.8K下，缺乏可移动电子的YPtBi需要约上千倍的移动电子才能出现超导特性。然而，当YPtBi冷却至0.8K时，超导现象出现了。在发现YPtBi中的异常超导转变现象后，为了深入了解其潜在的电子配对行为，研究人员对超导体的显著特性——超导体与磁场的相互作用进行了研究。当材料向超导体转变时，会自发地从内部排除外加磁场。然而在一定程度上，磁场仍然可以进入材料内部（但很快会消失），其深入程度由电子配对特性决定，并随着温度的降低而变化。
为了探测这一效应，研究人员选取了一小块YPtBi样品，并在磁场（磁场强度约为地磁场的十分之一）中改变其温度。环绕样品的铜线圈可以检测样品的磁性，使研究人员能敏锐的发现超导体内部磁场的微小变化。结果发现，实验中出现了异常的磁干扰——在YPtBi由绝对零度逐渐升温的过程中，磁场的穿透深度是线性增加的（传统超导体为指数增加）。研究人员推测，这种效应限制了电子的配对，因此电子“伪装”为具有高自旋的粒子，进而引发了超导现象。
高自旋超导体的发现为科学家们在超导领域的研究拓宽了思路。马里兰大学助理研究科学家、论文第一作者Hyunsoo Kim说：“过去我们局限于自旋1/2粒子的配对中，当高自旋进入人们的视野之后，超导研究的前景就更为广阔了。”
科界原创
编译：雷鑫宇 审稿：编辑：
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