日本jst網(wǎng)站2015年8月22日披露，日本理化研究所與科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)共同發(fā)表文章稱：由最先進(jìn)的模擬計算解開了“為何碳原子聚集成足球的球狀就能成為高溫超導(dǎo)體”的多年之謎。

日本理化研究所(理研)創(chuàng)發(fā)物性科學(xué)研究中心的計算物質(zhì)科學(xué)研究團(tuán)隊的酒井志朗研究人員、有田亮太郎組的組長、東京大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究科野村悠祐研究生、意大利國際高等研究所的馬西莫·卡彭教授等組成的國際共同研究小組發(fā)現(xiàn)了作為分子性固體具有最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)移溫度的富勒烯固體的超導(dǎo)機(jī)理。

碳元素能夠成為寶石(鉆石)、也能成為鉛筆的芯(石墨)，是具有各種各樣形態(tài)的獨特元素，而眾所周知60個碳原子聚集成球狀就構(gòu)成了富勒烯分子。這種分子進(jìn)一步聚集所制作的晶體，并在間隙中插入堿性原子就可制成具有絕對溫度約40K的高溫超導(dǎo)體，而這種超導(dǎo)體形成的機(jī)理存在著如下的未解明的問題，為什么富勒烯固體能夠成為高溫超導(dǎo)體呢?我們長期被這個謎團(tuán)所包圍。

一般來說，超導(dǎo)體中的電子是成被稱之為庫珀電子對而成雙地運動的。由迄今為止的實驗研究中已經(jīng)明確了富勒烯固體中形成了庫珀電子對。另一方面，眾所周知富勒烯的分子中電子之間作用著很強(qiáng)的庫侖排斥力。實際上，富勒烯之間的距離稍微擴(kuò)大，就因其庫侖排斥力的作用導(dǎo)致由超導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟亟^緣體的絕緣狀態(tài)。單純地來考慮，具有相同符號電荷的電子由于庫侖排斥力的作用阻礙了庫珀電子對的形成導(dǎo)致很難實現(xiàn)高溫超導(dǎo)。這樣，為什么強(qiáng)庫侖斥力作用的富勒烯固體中能夠形成庫珀電子對就成為長期未解之謎。

國際共同研究小組不使用富勒烯固體的結(jié)晶構(gòu)造以外的實驗信息，而開發(fā)解析超導(dǎo)狀態(tài)的方法論，使用超大型計算機(jī)進(jìn)行了大規(guī)模的數(shù)值計算。從十萬K能量級別的電子狀態(tài)計算開始，聚焦至由何狀態(tài)出現(xiàn)超為焦點，最終成功再現(xiàn)了幾次出現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)移發(fā)生的誤差不足10K的驚人精度。另外，超導(dǎo)態(tài)的詳細(xì)分析結(jié)果表明富勒烯固體中原子的振動和庫侖排斥力的作用特異地相互協(xié)助實現(xiàn)了高溫超導(dǎo)。這種機(jī)理顯示出原子振動和庫侖排斥力的相互輔助作用是與傳統(tǒng)的超導(dǎo)機(jī)理有本質(zhì)的不同。上述的研究成果于8月21日刊登在美國的科學(xué)雜志《Science Advances》上。