新理论解释了高温超导体的磁性趋势

在几乎任何用电的情况下，无论是夜间照明卧室、冷藏冷冻食品，还是为载着通勤者上班的汽车供电，部分电能都会以热量的形式损失掉。这称为阻力。电阻较低的材料导电性能较好，而电阻较高的材料导电性能较差。

尽管几乎所有的导体都表现出一定的电阻，但也有一些材料没有任何电阻。这些被称为超导体，它们独特的特性被用于从磁共振成像(MRI)到悬浮列车的各种技术中。

然而，大多数超导体只有在寒冷时才会超导——真的很冷。即使是所谓的“高温”超导体也需要用液氮冷却到大约-200摄氏度才能工作。

强烈冷却的需要给超导体的使用增加了很大的复杂性。几十年来，研究人员一直在寻找可在室温下工作的超导体。目前，在正常大气压下，被称为铜酸盐的一类高温超导体——同时含有铜和氧原子的化合物——最接近，性能最好的铜酸盐能够在-140摄氏度的“温暖”温度下超导.

由于-140摄氏度仍然很冷，铜酸盐要被称为室温超导体还有很长的路要走，而且这些超导体的进一步发展受到了阻碍，因为没有人弄清楚铜酸盐超导体是如何工作的。

但是现在，加州理工学院Bren化学教授GarnetChan小组的研究人员开发了一种理论，可以解释铜酸盐超导体的某些磁性。铜酸盐超导材料表现出层效应，随着更多层的组成铜和氧原子聚集在一起，它们的磁性和超导性能得到增强。

在发表在《科学》杂志上的一篇论文中，Chan和他的合著者解释了磁层效应是如何由铜原子和氧原子及其周围原子之间的电子波动引起的。

“这是了解超导层效应背后的控制原理以及更普遍地控制超导体超导温度的第一步，”该研究的第一作者、化学研究生ZhihaoCui说。

这篇论文的标题是“量子多体模拟中铜酸盐母态的系统电子结构”，发表在9月8日的《科学》杂志上。