超导中用库珀对测量原子精度

超导性是由称为库珀对的特殊连接的电子对引起的。到目前为止，库珀对的外观是通过宏观方式间接测量的，但芬兰阿尔托大学和美国橡树岭国家实验室的研究人员开发的一种新技术可以以原子精度检测它们的外观。相关研究发表在最新一期《纳米快报》杂志上。

电子可以通过量子隧道穿越能量屏障，以经典物理学无法解释的方式通过空间从一个系统跳到另一个系统。例如，如果一个电子与另一个电子在金属与超导体相遇的点配对，它可以形成一个进入超导体的库珀对，同时，另一个粒子被“反冲”到金属中，并在一个称为安德烈夫的过程中反射。

研究人员通过寻找这些安德雷耶夫反射来探测库珀对。为此，他们测量了原子尖金属尖端和超导体之间的电流，以及电流与尖端和超导体之间的间距之间的关系。这使得他们能够检测到安德烈夫反射回超导体，同时保持与单个原子相当的成像分辨率。实验结果完全符合理论模型。

这种在原子尺度上对库珀对的实验探测，为理解量子材料提供了一种全新的方法。研究人员第一次可以唯一地确定库珀对的波函数如何在原子尺度上重建，以及它们如何在原子尺度上与杂质和其他障碍相互作用。

这将使研究人员能够解决量子材料中的各种公开问题。其中，“非常规超导体”是量子计算机潜在的基础部件，可以为室温超导提供平台，而库珀对在“非常规超导体”中具有独特的内部结构。

新发现让研究人员可以直接检测“非常规超导体”中库珀对的状态。它代表着对量子材料的理解向前迈出了重要一步，有助于推动量子技术的发展。

库珀，安德烈夫，奇怪的物理现象，奇怪的名字，让这个研究对于普通人来说，理解起来有点困难。好在超导体，我们并不陌生。它的电阻接近于零，但通常需要在非常低的温度下表现出这种特性。库珀是一对电子(或其他费米子)在低温下以某种方式束缚在一起的理论。到目前为止，库珀对的出现是通过宏观手段间接测量的。本文介绍的方法能以原子精度检测它们的形貌。这一发现使研究人员能够直接探测到非常规超导体中库珀对的状态，极大地增强了科学界对量子材料的认识。