40年物理難題有解 陽明交大團隊破解超導前身之謎

【記者曾博群台北報導】科學界追尋零電阻、無能量損耗的超導體已逾一世紀，其中「高溫超導體」的奧秘始終未解。陽明交通大學電子物理系仲崇厚教授研究團隊近日在此領域取得重大突破，成功解開銅酸鹽（cuprates）中「奇異金屬態」的成因，為理解高溫超導的形成機制邁出關鍵一步。

銅酸鹽是目前常壓下超導臨界溫度最高的材料，也是最接近室溫超導的候選者。然而，其進入超導前所呈現的奇異金屬狀態，至今仍是未解之謎。該狀態的電阻隨溫度下降呈線性變化，與傳統金屬行為截然不同，被視為高溫超導的前身。仲崇厚指出，破解此現象的本質，有助於理解超導體如何從金屬態演變至無電阻狀態。

研究團隊提出創新的理論模型「量子臨界糾纏態」，認為奇異金屬態是由磁性自旋液體與普通金屬態之間的量子競爭所產生。當兩種量子態勢均力敵時，材料內的電子自旋與電荷將同時陷入高度量子糾纏狀態，形成所謂「量子臨界點」。在此點附近，電子的碰撞行為與溫度呈線性關係，即進入「普朗克奇異金屬態」，也就是邁向高溫超導的關鍵階段。

這項研究成功解釋了銅酸鹽高溫超導體在奇異金屬態的實驗觀測，為理解其背後機制提供強有力的理論基礎。仲崇厚團隊曾於兩年前提出類似架構，解析稀土族超導體的行為，如今更進一步應用於銅基超導材料，成果刊登於英國物理學會權威期刊《Reports on Progress in Physics》，並登上焦點報導，成為瀏覽次數最多的文章之一。

仲崇厚表示，破解奇異金屬態的成因，將有助於未來提升超導臨界溫度，並朝向設計出可在室溫與常壓條件下運作的超導材料邁進，對全球能源效率提升與減碳目標具有深遠意義。