為何超導總是很「冷酷」？

為何超導總是很「冷酷」——大多數超導材料都必須在極低的溫度下才能表現出超導特性。為了尋找涉及低溫超導理論的計算方法，科學家們已經進行了多年的研究。但到目前為止，尚無人能完美解釋這個問題。sciencedaily.com網站2月20日報道，奧地利維也納技術大學（Vienna University of Technology，下文簡稱VUT）的科學家們在《物理評論B輯》雜誌發布了一種新方法，有助於更好地理解超導。VUT固體物理研究所教授Karsten Held說：「雖然事實告訴我們，超導只能在極低的溫度下產生。但考慮到參與超導的電子釋放出的巨大能量，你會認為超導現象或許能在更高的溫度下出現。」

為了解釋這個謎題，Held團隊開始尋找一種更好的理論描述超導的方法，以便使人們對高溫超導性有了更深入的了解。把超導材料中的電子想像成斯諾克桌上沿不同軌跡運動的撞球是不可能理解超導現象的。能解釋超導的唯一方法是應用量子物理定律。Held解釋說:「新的問題是，許多電子同時參與了超導現象，這使得計算變得極其複雜。」超導材料中的單個電子並非相互獨立的個體，它們相互之間彼此依存。有人曾認為，即使使用世界上最強大的計算機，也不可能對超導進行精確計算。Held說：「萬幸的是，有各種各樣的近似方法可以幫助我們簡化電子之間的複雜量子關聯。其中，「動態平均場理論」對於計算電子之間的複雜量子相關性非常理想。」

Held等在現有理論的基礎上，提出了一種新的「費曼圖」計算方法。費曼圖是由諾貝爾獎得主Richard Feynman設計的一種描述粒子間相互作用的方法。粒子間的所有相互作用，包括粒子碰撞、發射或吸收，都可以用費曼圖來表示。利用費曼圖，可以得到非常精確的計算結果。雖然費曼圖主要用於研究真空中的單個粒子，但它也可以用來描述固體中粒子之間的複雜相互作用。Held說：「在Toschi教授和我開發的新方法中，我們不再僅僅使用費曼圖來描述相互作用，而是使用一個複雜的、與時間相關的「頂點」作為組件。這個頂點本身由無數個費曼圖組成，但通過一個巧妙的設定，它可以用於超級計算機的計算了。」

超導材料對科學研究有重大價值。

Held等的工作為動態平均場理論創建了一種擴展形式，可以更好地近似計算粒子間複雜的量子相互作用。Held等認為，就物理學而言，他們發現的頂點-時間依賴性意味著超導只有在低溫下才有可能出現。結合目前Barisic教授團隊的研究成果，這種新方法或將對超導的理論研究和應用作出重大貢獻。

編譯：雷鑫宇

審稿：西莫

責編：南熙

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