重大發現！超導性和超絕緣性共存一體

最近，來自美國阿貢國家實驗室的研究團隊首次觀察到了超導體 - 絕緣體轉變的物理鏡像現象，並且這個現象與之前理論預測完全一致。

關於超導體 - 絕緣體轉變的物理鏡像現象早在三十年前就有科學家預測了其存在，但這一現象一直都沒有被實際的實驗所檢測到。而該研究團隊觀測到的這一現象是非常顯著的，基本量子態，超導性和超絕緣性都出現在彼此鏡像的圖像中，這一物理性質可用於開發超靈敏高效感測器、探測器、邏輯開關以及其他的一些新興技術。

Valerii Vinokur是美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室材料科學部的傑出研究員，他和他的同事在超導鈮亞硝酸鈦薄膜中觀察到這種現象，即電荷Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）轉變現象，電荷BKT轉變是科學家在超導材料中多次觀測到的渦旋BKT轉變的鏡像對應物。2018年3月6日，Vinokur與其在加州理工學院的同事以及新西伯利亞大學的合作夥伴將他們的研究成果發表在雜誌 Scientific Reports上。

Vinokur也是芝加哥大學計算研究所的高級研究員，他說：「我們團隊進行的實驗證明了超絕緣狀態的存在及其電荷渦旋二像性等基本概念的真實性，其實，二像性是我們知之甚少的宇宙最深層次知識的一個基本性質。」

物理學中的二像性理論認為，一系列基本的物理現象看似互相排斥，其實代表了硬幣的兩面，二像性理論最著名的例子是量子領域的光的波粒二象性。超導體傳輸電流時沒有任何能量損失，而超絕緣體則是完全阻斷了電流。 這意味著這種材料可同時具有無限的電導和無限的電阻。

該項成果建立在Vinokur及其同事2008年發表的研究成果上，當時，Vinokur團隊通過實驗確定了超絕緣狀態的存在，同時根據不確定性原理推導出了其鏡像性質—超導性。 早在1996年，歐洲的理論物理學家就預測超絕緣現象與超導現象的二重存在。

超導體 - 絕緣體的BKT轉變命名於三位科學家Vadim Berezinskii，Michael Kosterlitz和David Thouless。 20世紀70年代早期，Kosterlitz和Thouless合作開創了拓撲相變理論，這與當時物理學中眾所周知的相變理論完全不同。經典的相變表現為在某些臨界溫度下物質狀態的突然變化，例如冰融化成水或水沸騰成蒸汽，但是，拓撲相變更像是解開領帶上的結。 Vinokur說：「拓撲相變相當於不用對材料做任何看的見的改變，就可以極大地改變材料的性質。」

而Berezinskii則獨立開創了類似的理論， Kosterlitz，Thouless和Duncan Haldane因拓撲理論共同獲得了2016年諾貝爾物理學獎，

Vinokur團隊未來的研究方向是提高其亞硝酸鈮鈦化合物轉變為超絕熱狀態的溫度。 現在轉換溫度在1/1000K~500K之間，僅比絕對零度（零下459.6華氏度）高一點點。如果能將轉換溫度提高到4K（零下452.4華氏度），這將是一個革命性的突破。

Vinokur說：「這意味著我們可以在太空中使用這些材料，因為4K是太空空間的溫度。」 這種超絕緣材料可應用於製作測量空間電磁輻射和其他空間現象的超敏感檢測器，或者用於某些電子設備（例如節能二極體）的開關。

文章來自phys，原文題目Scientists observe mirror-like physics of the superconductor-insulator transition，由材料科技團隊在線整理編輯

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