圖源SLAC國家加速器實驗室

在著名科幻小說《三體》中,太陽系最終被降維武器二向箔壓成了一個平面,數百萬年的人類文明毀於一旦,整個太陽系也消失在宇宙當中。如此恐怖的降維打擊一旦發生,被降維的對象將再也無法回到高維中去。近日,來自美國SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的科學家共同目睹了這一神奇的降維現場:在三維非常規超導體當中居然自發地出現了一個個二維的超導體“水坑”。

一般來說,人爲地創造這種僅爲幾個原子厚的二維超導體是一個相當艱鉅的過程。因此當科學家發現這些二維“水坑”如此自然地出現在三維的超導體當中,這種震驚難以言喻。

這種三維超導體可以使電子以100%的效率和零電阻的速度通過。當科學家們小心翼翼地調整溫度和其他條件,向着超導體將成爲絕緣體的過渡點前進時,二維“水坑”出現了。

研究表明,這種自發的“緊急”行爲可能是3D超導體在突然轉變成絕緣狀態之前重新組織自己的狀態,在絕緣狀態中,電子被限制在其本壘原子內,根本無法移動。

在這些水坑內,超導電子的行爲就像是被限制在一個非常薄的、像片狀的平面內,這種情況要求它們以某種方式穿越到另一個維度,在那裏適用不同的量子物理學規則。

研究人員Hari Manoharan表示:“這種行爲通常很難或不可能通過嘗試從頭開始對其進行復制。”

他說:“好像被賦予超導能力一樣,3D電子會選擇自己生活在2D世界中。”研究團隊稱這種新現象爲“跨維超導”。

研究結果爲製作二維超導體打開了新的大門。比起傳統的工程方法,研究提供的方法更便宜,不需要花哨的設備和極低的溫度,而且不需要幾天和幾周的時間。唯一棘手的部分將是把材料的成分弄得恰到好處。

“在這個系統當中,電子以我們完全意想不到的方式進行運動。這就是物理學的美妙之處。”SLAC和斯坦福大學的博士後研究員Carolina Parra說,“我們非常幸運地發現了這種行爲。”

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