50年理論遭挑戰！銅氧化物超導體之謎迎來新突破

一項最新研究發現，Hubbard模型竟無法準確預測簡化版一維銅氧化物系統的電子行為。SLAC國家加速器實驗室的科學家指出，這意味著該模型可能也無法完整解釋二維銅氧化物中的高溫超導現象。

超導體這種能實現零能量損耗導電的特殊材料，蘊藏著改變世界的潛力——從超高效率電網到尖端量子裝置都將因此受益。近期刊登在《物理評論快報》的研究，由SLAC旗下斯坦福材料與能源科學研究所團隊發表，為這個領域最持久的謎題帶來新見解。

研究主要作者、SLAC博士後研究員李佳芮表示：「理解銅氧化物高溫超導機制是困擾學界數十年的難題，我們正站在SLAC和斯坦福眾多偉大科學家的肩膀上繼續探索。」

傳統超導現象通常發生在接近絕對零度（-273°C）的極低溫環境，但銅氧化物卻能在-138°C仍保持超導特性。這個溫度雖仍寒冷，卻比絕對零度高得多，更比液態氮沸點高出近百度，使銅氧化物超導體更具實際應用價值。

科學界已知超導現象源自電子形成「庫柏對」，但銅氧化物的電子結構與金屬截然不同。雖然Hubbard模型曾因能描述電子間強關聯性被寄予厚望，但最新實驗證實，即便在最簡單的一維系統中，該模型仍無法完整解釋觀測到的電子行為。

研究團隊透過特殊處理的銅氧化物鏈，發現電子間存在超強吸引力——強度是Hubbard模型預測值的十倍。當他們在計算中加入這項額外吸引力後，實驗資料與理論預測終於趨於一致。

共同主持人李偉盛教授與沈志勳教授強調：「我們的工作證明，Hubbard模型甚至無法完整解釋一維系統中的銅氧化物物理特性，更遑論二維系統中的高溫超導現象。」

目前最大謎團在於：是什麼機制產生這股額外吸引力？理論負責人Thomas Devereaux教授推測，可能與電子在晶格結構中的振動（聲子）有關，但尚需更多實驗驗證。

這項由美國能源部科學辦公室資助的研究，不僅動搖了半世紀來的理論基礎，更為解開高溫超導之謎開闢新途徑。