科学家首次成功地制成室温下陶瓷超导体

起初，科学家们发现少数几类金属在温度仅稍高于绝对零度的超低温环境下显示超导性。之后到了20世纪80年代，物理学家们发现了一种新的陶瓷材料，其可以在零下200摄氏度左右的环境下实现超导性，也因此被称作“高温超导体”。这些陶瓷材料其中有一种是钇钡铜氧化物(YBCO)。这是一种最有前景的超导材料，未来或可应用于超导电缆，马达以及发电机等设备。

钇钡铜氧化物的晶体具有一种非常特殊的结构：双层氧化铜分子层与一层稍厚一些的钡、铜、氧原子中间层交互叠加构成晶体。这种材料的超导性便来自其中的双层氧化铜分子层。电子可以在这里结合形成所谓“库珀对”(Cooperpairs)。这种电子对可以在不同层之间穿越，这就意味着这些电子对能像鬼魂一样穿越层面不受阻挡——这是一种典型的量子现象。然而这种晶体结构也只有在低于“临界温度”的情况下才会显示超导性，因为只有在这样的条件下电子才会形成库珀对，并且不仅仅在双层氧化铜分子层内穿越，而且还能穿越更厚的中间层。而当温度高于临界温度时，这种电子的库珀对便消失了，这种材料也就变回一种导电性很差的金属合成材料。

有助研发新型超导材料

2013年，一个马普研究所参与的国际研究组发现，当使用红外激光脉冲照射钇钡铜氧化物材料时，它会在室温条件下短暂地显示出超导性。很显然激光脉冲改变了这种材料晶体结构中双层氧化铜分子的耦合性。然而其中更确切的原因仍然不甚明了——直到研究组有机会前往美国，利用斯坦福大学的直线加速器相干光源(LCLS)——世界上最强大的X射线激光进行分析之后才最终揭开谜底。德国马普研究所物理学家罗曼·曼可威斯基(RomanMankowsky)是这篇《自然》杂志论文的第一作者。他说：“首先，我们再次向材料照射红外脉冲激光，我们看到其中一些原子开始发生振动。很短时间之后，我们紧接着使用短X射线脉冲来测量被激发的晶体精确的晶格结构。”