超導(dǎo)現(xiàn)象盡管已經(jīng)進入實用，但仍需在極低的溫度下才能實現(xiàn)。現(xiàn)在，科學(xué)家對意外發(fā)現(xiàn)的室溫超導(dǎo)進行了研究，提出了一種可能的解釋。這一結(jié)果或許有助于開發(fā)出更高溫度的超導(dǎo)材料。
      
        超導(dǎo)現(xiàn)象是如此非同凡響：在超導(dǎo)體中，電流的輸送可以無視電阻，運送過程也不會有一丁點損耗。這項技術(shù)已經(jīng)在一些領(lǐng)域中得到應(yīng)用，比如核自旋斷層掃描儀或是粒子加速器中的磁性材料。然而，要使用這種材料，它們必須被冷卻到極低的溫度。不過在過去的一年里，一項實驗已經(jīng)證明，利用紅外激光脈沖，研究者首次成功地在室溫下做出了超導(dǎo)陶瓷——盡管只持續(xù)了1微秒的百萬分之幾。
      
        如今，來自德國漢堡馬普學(xué)會物質(zhì)結(jié)構(gòu)及動力學(xué)研究所的物理學(xué)家參與的一個國際科學(xué)團隊，已經(jīng)為這種室溫超導(dǎo)現(xiàn)象提出了一種可能的解釋：這些科學(xué)家認為，激光脈沖導(dǎo)致晶格中的個別原子短暫發(fā)生位移，因此導(dǎo)致了超導(dǎo)現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)或許有助于開發(fā)能在更高溫度下產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象的材料，從而打來全新的應(yīng)用前景。
      
        起初，超導(dǎo)現(xiàn)象只在少數(shù)幾種金屬處于近乎絕對零度(零下273℃)時才會出現(xiàn)。此后，在20世紀(jì)80年代，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一類基于陶瓷材料的新材料類別。這些材料可以在零下200℃時發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象，因此被稱作高溫超導(dǎo)材料。復(fù)合氧化釔鋇銅(YBCO)便是其中一種高溫超導(dǎo)材料。這是最具有技術(shù)應(yīng)用前景的材料，可用作超導(dǎo)電纜、電動機和發(fā)動機等。
      
        YBCO晶體具有特殊結(jié)構(gòu)：兩層薄的氧化銅層，間隔著稍厚的含鋇(也含銅和氧的)夾層。超導(dǎo)性質(zhì)源于薄薄的兩層氧化銅，電子可以在這里構(gòu)成所謂的“庫珀對”(Cooper pair)。這些庫柏對能夠在不同夾層間“隧穿”——說得再形象點，這意味著它們可以像幽靈穿過墻壁一樣穿過這些夾層，這是一種典型的量子效應(yīng)。
      
        不過，這種晶體只會在“臨界溫度”以下出現(xiàn)超導(dǎo)。只有在這種情況下，庫柏對才能夠不只是隧穿兩個薄層，同時還會“幻影移形”，穿過較厚的夾層到達隔壁的兩個薄層。而在臨界溫度以上，雙層之間則會失去耦合，這塊物質(zhì)就只是普普通通的導(dǎo)電金屬了。
      
        2013年，德國馬普研究所的安德里亞·卡瓦萊里(Andrea Cavalleri)與一個國際團隊合作發(fā)現(xiàn)，當(dāng)YBCO被紅外激光脈沖照亮?xí)r，在很短的一瞬間，它會暫時在室溫下變成超導(dǎo)體。激光明顯改變了這種晶體中雙層之間的耦合。不過，確切的機制當(dāng)時并不清楚。
      
        于是，物理學(xué)家決定用美國的LCLS，世界上最強大的X射線激光器，從實驗上揭開這個謎題。“我們再次向這種晶體發(fā)射了紅外脈沖，這會激發(fā)某些原子開始振蕩，”最近這項新研究的第一作者、馬普學(xué)會的物理學(xué)家羅曼·曼科夫斯基(Roman Mankowsky)解釋說，“短時間之后，我們再用X射線短脈沖照射晶體，精確測量被激發(fā)晶體中的晶體結(jié)構(gòu)。”
      
       結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)：紅外脈沖不只是激發(fā)這些原子振蕩，還使它們的位置在晶體中發(fā)生偏移。這會使雙層氧化銅短時間內(nèi)變得更厚一些，增厚了大約2皮米(差不多是一個原子直徑的百分之一)，而它們之間的夾層則相應(yīng)變窄了那么多。進而，這樣的變化增加了雙層之間的耦合程度，使得這種晶體在幾皮秒內(nèi)變成了室溫超導(dǎo)體。
      
       一方面，新的研究結(jié)果有助于補完仍舊不完整的高溫超導(dǎo)理論。“另一方面，它可以幫助材料科學(xué)家開發(fā)具有更高臨界溫度的新超導(dǎo)材料，”曼科夫斯基說。“也許不需要冷卻、能夠在室溫下工作的超導(dǎo)材料將不再是夢想。”直到現(xiàn)在，超導(dǎo)磁體、引擎和線纜都必須用液氮或液氦冷卻到遠低于零度的溫度。如果復(fù)雜的冷卻設(shè)施不再需要，那超導(dǎo)技術(shù)就獲得了突破。